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UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO

GRANDE DO SUL – UNIJUÍ

GEANNINA TEREZINHA DOS SANTOS LIMA

ANÁLISE DE RESISTÊNCIA E MICROESTRUTURA EM

CONCRETOS COM SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DE AREIA NATURAL

POR AREIA DE FUNDIÇÃO

Ijuí

2014


ANÁLISE DE RESISTÊNCIA E MICROESTRUTURA EM CONCRETOS

COM SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DE AREIA NATURAL POR AREIA DE

FUNDIÇÃO

Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia

Civil apresentado como requisito parcial para

obtenção do grau de Engenheiro Civil.

Orientador: Diorges Carlos Lopes

Ijuí

2014


ANÁLISE DE RESISTÊNCIA E MICROESTRUTURA EM CONCRETOS

COM SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DE AREIA NATURAL POR AREIA DE

FUNDIÇÃO

Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de

BACHAREL EM ENGENHARIA CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor

orientador e pelos membros da banca examinadora.

Ijuí, 11 de dezembro de 2014

Prof. Diorges Carlos Lopes

Mestre em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Santa Maria - Orientador

Prof. Cristina Eliza Pozzobon

Coordenadora do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ

BANCA EXAMINADORA

Prof. Cristina Eliza Pozzobon (UNIJUÍ)

Mestre em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Santa Catarina

Prof. Diorges Carlos Lopes

Mestre em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Santa Maria - Orientador

Aos meus pais, Artur Lima e Elenita Lima,

por estarem ao meu lado nos momentos difíceis,

pelo carinho, compreensão ,motivação e exemplo de vida.

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus, pelo dom da vida e por sempre me manter firme e forte,

guiando meus passos para a concretização dos meus sonhos e objetivos.

Ao meu pai, Artur Darlan de Oliveira Lima "in memorian", que sempre esteve ao meu

lado, sendo minha força, minha luz, inspiração, me mandando sempre energias positivas, vindo

até a mim através de sonhos para me enviar palavras e gestos de conselhos. A você pai, todo o

amor desse mundo, e obrigada por se fazer tão presente em minha vida.

A minha mãe, Elenita dos Santos Lima, meu porto seguro, aquela que me deu a vida,

responsável pelos puxões de orelha, que sentiu de perto minhas preocupações e insônias, que com

o seu apoio em todos os momentos, me deu um combustível maior para nunca desistir, a senhora

mãe, meu amor incondicional.

A minha avó Olinda dos Santos, meu irmão Jefferson Lima, aos meus sobrinhos Leonardo

Barbosa Lima e Arthur Barbosa Lima, e aos demais familiares, pelos sorrisos, brincadeiras, pela

palavra amiga, do fundo do meu coração este agradecimento, sem vocês não teria a menor graça.

Ao professor Diorges Carlos Lopes, como o mesmo gosta de falar "padrasto-pai deste

trabalho", agradeço pelas horas de dedicação, pelos conselhos, confiança depositada e amizade.

A professora Mestre Cristina Eliza Pozzobon, por ter sido a "mãezona" durante toda a

graduação, por inúmeras vezes ter me aconselhado e ter dito palavras de apoio, por ser esse

grande exemplo de profissional a seguir.

Ao professor Boris Sokolovicz, por ter tirado tempo da sua agenda corrida, até mesmo de

madrugada, para proporcionar sua ajuda, filosofar, argumentar e a ensinar a analisar os resultados

de microscopia, meu agradecimento especial.

Aos laboratoristas e amigos do LEC Luis Donato, Tulio Ribeiro e Roberto Brandão, pelo

auxílio durante o curso e pela realização dos ensaios, agradeço todo o apoio e amizade. A

secretária do curso e grande amiga Cassiana Oliveira, a quem tanto me ajudou durante toda essa

jornada.

Aos meus pupilos queridos, Cristiane dos Santos, Gabriela Blatt e Pedro Goecks, que

bailaram literalmente comigo nos slump test, que toda manhã me proporcionavam risadas e

viveram minhas angústias deste trabalho. A vocês meus queridos amigos, agradeço a Deus por ter

tê-los como colegas de pesquisa, para mim, nosso grupo sempre será o melhor, principalmente

para dançar Funk.

Aos meus colegas e amigos, em especial a Emmanuelle, Geisiele, Jessica, Gilnei,

Maurício e Cristiano por todas as ligações de madrugada, semanas sem dormi, pelas idas e vindas

de plotagem de projetos e por esses 5 anos de loucuras da Engenharia Civil, que com a

companhia de vocês, tudo valeu a pena.

Aos amigos e colegas do Grupo PET, obrigada pela paciência, pelo abraço, pela mão que

sempre se estendia quando eu precisava, pelos sorrisos de todos os dias, pela troca de diálogo e

conhecimento em diversas disciplinas. Em especial a aqueles que já passaram por este programa

de pesquisa, que hoje são profissionais, mestres da Engenharia, cada um de vocês, deixou um

ensinamento e aprendizado e contribuiu para a minha formação acadêmica e humana.

A minha amiga e irmã Marília Martins, por muitas vezes me tirar do sério, porém, para

mim um exemplo de ser humano, estando presente nos momentos mais alegres da minha vida e

nos momentos mais difíceis as suas palavras foram o conforto para minha dor.

Aos amigos e colegas de formatura da Turma 2º/2014, que convivem comigo a nostalgia,

adrenalina e alegria, do nosso último ano nesta universidade.

A Pedreira Paim pela doação dos agregados e o Laboratório de Engenharia Civil pela

doação do cimento.

A FUNDIMISA, empresa responsável pela doação da areia de fundição. A química Carla

Liana Ribas responsável pela parte ambiental da empresa, e aos amigos Jéssica Coelho, Neimar e

Roberson, que colaboraram com explicações para entender os processos da fábrica que geram a

areia de fundição.

Agradeço a todos os demais colegas, professores e funcionários do curso de Engenharia

Civil pelo convívio ao longo do curso. Levarei todos para sempre em meu coração!

A vida é curta, mas as emoções que podemos

deixar duram uma eternidade.

Clarisse Lispector

RESUMO

LIMA, G. T.S. Análise de resistência e microestrutura em concretos com substituição

parcial de areia natural por areia de fundição. 2014. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso

de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul -

UNIJUÍ, Ijuí, 2014.

A produção de fundidos, que são materiais produzidos através de ligas ferrosas (aço e ferro

fundido) e não ferrosas (alumínio, cobre, zinco, magnésio entre outros), vem crescendo

gradativamente ao longo dos anos (BITENCOURT, 2006), isso significa, também, o aumento de

resíduos gerados por este processo. A areia é utilizada em todos os processos de fundição para

fabricação de moldes, ela é responsável por dar forma ao metal. Logo após as peças metálicas

serem desmoldadas, a areia utilizada sai do sistema como resíduo de fundição. Quando não é

possível reaproveitar esta areia, é necessário depositá-la em aterro industrial, o qual, quando não

monitorado, gera sérios problemas ambientais, além de acarretar alto custo para a empresa, pois

os órgãos e regulamentos ambientais levam a destinar seus resíduos em aterros cada vez mais

distantes do local gerado. Até pouco tempo atrás, essa era a única maneira encontrada pelas

empresas para dar destinação a esses resíduos, porém, com emprego de tecnologia e estudos de

pesquisadores, a indústria da construção civil apresenta-se, com grande potencial na solução de

problemas no descarte dos resíduos gerados, através da incorporação dos materiais de construção,

possibilitando assim, a redução dos custos e a diminuição da deposição de resíduos no meio

ambiente. Levando em consideração esses fatos, a substituição de parte da areia natural por areia

de fundição em concretos pode vir a diminuir o custo da produção dos mesmos, e também vir a

melhorar algumas de suas propriedades físicas mecânicas. Através da dosagem pelo método da

ABCP, foi analisada a influência da substituição da areia natural por areia de fundição gerada nos

processos de macharia e quebra de canal em teores, de 5%, 10%, 15%, 20%, 25%,30% e 50%

avaliando assim, suas propriedades de resistência à compressão aos 3, 7, 14, 21 e 28 dias, e ainda

investigando sua estrutura interna, ou seja, a microestrutura do concreto, bem como a composição

química da mistura. Com os resultados obtidos, verificou-se que a areia de fundição gerada tanto

nos processos de macharia como também de quebra de canal trouxeram maiores ganhos de

resistência em todos os dias de ruptura estabelecidos pela norma, se comparado ao traço moldado

somente com areia natural. Dessa forma, verifica-se que a substituição parcial da areia natural por

areia de fundição no concreto contribui para o aumento de resistência deste, além de contribuir

para o desenvolvimento sustentável, reutilizando este resíduo industrial e diminuindo o consumo

de matérias primas na produção.

Palavras-chave: Areia de fundição; Material alternativo; Resíduos industriais.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1- Areia antes do processo ..................................................................................... 26

Figura 2- Areia depois do processo ................................................................................... 26

Figura 3- Geração de resíduo sólido industrial Classe I por setor industrial ..................... 34

Figura 4- Destinação dos resíduos sólidos industriais Classe I ......................................... 35

Figura 5- Geração de resíduo sólido industrial Classe II por setor industrial ................... 35

Figura 6- Destinação dos resíduos sólidos industriais Classe II ........................................ 36

Figura 7- Resíduos gerados na Construção Civil .............................................................. 38

Figura 8- Resíduos gerados na Construção Civil na execução de um edifício.................. 38

Figura 9- Caracterização física do cimento ....................................................................... 45

Figura 10- Aspecto visual do agregado miúdo natural ...................................................... 46

Figura 11- Areia de Fundição no processo de macharia ................................................... 47

Figura 12- Areia de fundição no processo de quebra de canal .......................................... 48

Figura 13- Granulometria dos agregados miúdos.............................................................. 50

Figura 14- Granulometria do agregado graúdo ................................................................. 51

Figura 15- Materiais utilizados para moldagem ................................................................ 54

Figura 16- Slump Test ....................................................................................................... 54

Figura 17- Moldagem dos corpos de prova ....................................................................... 56

Figura 18- Ensaio de resistência à compressão axial ........................................................ 57

Figura 19- Ensaio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) ................................... 58

Figura 20- Resistência à compressão aos 3 dias - Areia de Macharia ............................... 60

Figura 21- Resistência à compressão aos 7 dias - Areia de Macharia ............................... 61

Figura 22- Resistência à compressão aos 14 dias - Areia de Macharia ............................. 61



Figura 25- Resistência à compressão aos 3 dias - Areia Quebra de Canal ........................ 65

Figura 26- Resistência à compressão aos 7 dias - Areia Quebra de Canal ........................ 65

Figura 27- Resistência à compressão aos 14 dias - Areia Quebra de Canal ...................... 66



Figura 30- Ensaio lixiviação para o traço AM50 .............................................................. 70

Figura 31- Ensaio lixiviação para o traço AQC50 ............................................................ 70

Figura 32- Microscopia do concreto .................................................................................. 71

Figura 33- Etringita no concreto ........................................................................................ 72

Figura 34- Etringida secundária ........................................................................................ 72

Figura 35- Microscopia do concreto - monossulfato ......................................................... 73

Figura 36- Microscopia do concreto – C-S-H ................................................................... 73

Figura 37- Microscopia do concreto – TR, 50 μm aos 28 dias ......................................... 75

Figura 38- Microscopia do concreto – AM50, 50 μm ....................................................... 76

Figura 39- Microscopia do concreto – AQC50, 50 μm aos 28 dias .................................. 77

Figura 40- EDS traço de referência (TR) .......................................................................... 77

Figura 41- EDS para a mistura AM50 ............................................................................... 78

Figura 42- EDS para a mistura AQC50 ............................................................................. 78

LISTA DE TABELAS

Tabela 1- Ranking dos países produtores de fundidos ...................................................... 29

Tabela 2- Geração de resíduos sólidos industriais no Brasil ............................................. 33

Tabela 3- Quantidade de resíduos sólidos industriais gerados pela Classe I e Classe II ... 34

Tabela 4- Composição química do cimento CP IV - 32 .................................................... 45

Tabela 5- Características físicas do cimento CP IV-32 ..................................................... 46

Tabela 6- Características da areia natural .......................................................................... 47

Tabela 7- Características da areia de fundição (Macharia) ............................................... 49

Tabela 8- Caracterização da areia de fundição (Quebra de Canal) ................................... 49

Tabela 9- Características do agregado graúdo ................................................................... 51

Tabela 10- Resultados da resistência à compressão .......................................................... 63

Tabela 11- Resultados da resistência à compressão .......................................................... 68

LISTA DE QUADROS

Quadro 1- Tipos de cimento Portland e suas composições ............................................... 18

Quadro 2- Classificação do agregado miúdo ..................................................................... 21

Quadro 3- Divisão das britas de acordo com o tamanho das partículas ............................ 22

Quadro 4- Consumo de materiais por traço para a substituição de areia natural por areia de

fundição (Macharia) ........................................................................................................... 52

Quadro 5- Consumo de materiais por traço para a substituição de areia natural por areia de

fundição ............................................................................................................................. 53

Quadro 6- Valores do abatimento do tronco de cone (Slump Test) e fator a/c final para a

substituição de areia natural por areia de fundição (Macharia) no concreto ..................... 55

Quadro 7- Valores do abatimento do tronco de cone (Slump Test) e fator a/c final para a

substituição de areia natural por areia de fundição (Quebra de Canal) no concreto ......... 55

LISTA DE SIGLAS

ABESC – Associação Brasileira das Empresas de Serviços de Concretagem

ABETRE – Associação Brasileira de Empresas de Tratamento de Resíduos

ABNT – Associação de Normas Técnicas

ADF – Areia Descartada de Fundição

AFIFA – Associação Brasileira de Fundição

a/g - Relação água/aglomerante em massa

Al2O3 – Alumina

CaO – Cal

CBUQ – Concreto Betuminoso Usinado a Quente

CCP – Concreto de Cimento Portland

CEMA – Conselho Estadual de Meio Ambiente

CETESB – Companhia de Tecnologia do Estado de São Paulo

Fe2O3 – Oxido de ferro

FEPAM – Fundação Estadual de Proteção Ambiental

FIHP – Federación Iberoamericana de Hormigón Premesclado

MPa: Megapascal

SiO2 – Sílica

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 13

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .............................................................................. 16

2.1 Concreto ...................................................................................................................... 16

2.1.1 Conceito e característica do concreto de cimento Portland (CCP) ........................... 16

2.1.2 Materiais constituintes .............................................................................................. 17

2.1.3 Microestrutura e resistência do concreto .................................................................. 22

2.2 Areia de fundição ....................................................................................................... 23

2.2.1 Indústria de fundição ................................................................................................ 29

2.2.2 O Processo de fundição ............................................................................................ 30

2.2.3 Resíduos sólidos ....................................................................................................... 32

2.3 Sustentabilidade ......................................................................................................... 36

2.3.1 Sustentabilidade na construção civil ......................................................................... 37

2.3.2 Substituição de matérias primas naturais por Areia Descartada de Fundição (ADF)

........................................................................................................................................... 39

3. METODOLOGIA ........................................................................................................ 43

3.1 Classificação da pesquisa .......................................................................................... 43

3.2 Planejamento da pesquisa ......................................................................................... 43

3.3 Materiais utilizados ................................................................................................... 44

3.3.2 Agregado miúdo ....................................................................................................... 46

3.3.3 Agregado Graúdo ...................................................................................................... 50

3.4 Dosagem dos traços .................................................................................................... 52

3.4 Ensaio de resistência a compressão .......................................................................... 56

3.5 Ensaio de microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) ....................................... 57

3.6 Ensaio de lixiviação .................................................................................................... 58

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES .............................................................................. 60

4.1 Resistência à compressão - concreto com substituição de areia natural por areia

de fundição (macharia) .................................................................................................... 60

4.1.1 Evolução das resistências ......................................................................................... 63

4.2 Resistência à compressão - concreto com substituição de areia natural por areia

de fundição (quebra de canal) ........................................................................................ 64

4.2.1 Evolução das resistências ......................................................................................... 68

4.2 Lixiviação .................................................................................................................... 69

4.3 Discussão do ensaio da Microscopia eletrônica de varredura (MEV) .................. 71

4.3.1 Resultados das análises da microscopia eletrônica de varredura (MEV) ................. 74

5. CONCLUSÃO .............................................................................................................. 80

5.1 Quanto à resistência à compressão .......................................................................... 80

5.2 Quanto a aparência dos corpos-de-prova e lixiviação das mistura AM50 e

AQC50 ........................................................................................................................... 80

5.3 Quanto à Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) ....................................... 81

5.4 Sugestões para trabalhos futuros ............................................................................. 82

REFERÊNCIAS .............................................................................................................. 83

ANEXO A ......................................................................................................................... 88

ANEXO B ....................................................................................................................... 109

ANEXO C ....................................................................................................................... 114

13

______________________________________________________________________ Análise de Resistência e Microestrutura em Concretos com Substituição Parcial de Areia Natural por Areia de

Fundição

1. INTRODUÇÃO

As areias tem amplo uso nas fundições, não somente na fabricação de moldes para o

vazamento do metal, mas também para dar forma ao metal, ou seja, admitem uma perfeita

sincronização entre a operação de moldagem e a de fusão do metal (COUTINHO, 2004). São

utilizadas por diversas características, dentre elas se destaca o fato de serem consideradas de

baixo custo, por conterem alta capacidade refratária e facilmente aglutinável quando misturados

com argila e/ou compostos aditivos orgânicos e inorgânicos. Contudo, esta areia, após ser

utilizada em processos da indústria de fundição, principalmente na etapa de desmoldagem das

peças metálicas, tornam-se um grave problema ambiental, pois ficam contaminadas por

elementos e compostos químicos, tais como: chumbo, fenóis, mercúrio, sódio, ferro, cloreto,

fluoretos, bário, manganês, cobre, entre outros elementos.

No Brasil, a produção de fundidos, em 2008, ultrapassou os três milhões de toneladas,

com a geração de, aproximadamente, uma tonelada de resíduo para cada tonelada de metal

produzido (ABIFA, 2009). Com base nesses dados, conclui-se que o passivo ambiental das

fundições no país é preocupante. Neste sentido, informações revelam que um dos maiores

problemas do setor de fundição é a geração de resíduos sólidos, constituídos principalmente pelas

denominadas areias residuais ou areias descartadas de fundição. O descarte adequado desses

resíduos é um grande desafio para as empresas, pois estão cada vez mais conscientes da

necessidade de preservar o meio ambiente, na busca do desenvolvimento sustentável a longo

prazo.

Atualmente existem empresas que estão reutilizando as areias de fundição nos diferentes

processos das fábricas, através da regeneração da areia, sendo uma alternativa técnica e

economicamente viável. De acordo com Mariotto (2000), não se deve confundir regenerar com

recuperar ou recircular. A recirculação da areia usada no próprio sistema que a gerou, requer, em

geral, tratamentos tais como desagregação de grumos, remoção de poeiras e remoção de materiais

metálicos que, em seu conjunto, constituem o que no Brasil denomina-se recuperação da areia

usada. A regeneração de uma areia de fundição implica na limpeza superficial de seus grãos

(destacamento das substâncias aderentes aos mesmos) e na remoção das partículas resultantes

14

____________________________________________________________________________________Geannina Terezinha dos Santos Lima ([email protected]). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí

DCEENG/UNIJUÍ, 2014

dessa limpeza, com o objetivo de reconduzir a areia usada a uma condição semelhante à de uma

areia nova, permitindo sua reutilização no processo sem detrimento das qualidades dos moldes ou

machos produzidos.

Quando não é possível mais reaproveitar esta areia no processo de fundição, é necessário

que os resíduos sejam depositados em aterros industriais, e quando esta areia é lançada

inadequadamente ou o aterro não é monitorado corretamente, pode haver alteração das

características físicas, químicas e biológicas do solo e da água, gerando um sério risco ambiental.

Além disso, pode acarretar um problema adicional, pois os órgãos e regulamentos ambientais

exigem que as empresas destinem seus resíduos em aterros cada vez mais distantes do local

gerado, aumentando consideravelmente os custos envolvidos.

Diante deste contexto, considerando o avanço da tecnologia e diversos estudos já

realizados em grandes universidades, empresas nacionais e internacionais vêm realizando

pesquisas com a finalidade de buscar um destino mais adequado e correto para este resíduo. Estas

pesquisas estão relacionadas à reutilização de areia de fundição, tais como: na produção de blocos

e pisos de concreto, base e sub-base nas camadas da pavimentação, substituição do agregado fino

na composição do concreto asfáltico (CBUQ) e na fabricação de concreto. Destas pesquisas, vale

resaltar que a maioria obteve resultados significativos; um exemplo estudado foi à substituição de

insumos naturais por areia de fundição na confecção de blocos de concreto, onde as propriedades

físicas e mecânicas do mesmo alcançaram um resultado superior ao bloco com matérias primas

naturais (LIMA, et al 2014).

Pensando na preservação ambiental, sustentabilidade, e economia da matéria prima, o

presente trabalho buscou, através do tema de novos materiais e novas tecnologias aplicadas a

construção civil, avaliar as propriedades do concreto com substituição parcial de areia natural por

areia de fundição.

O trabalho teve como objetivo analisar, através da metodologia de dosagem da ABCP, a

influência da areia de fundição originada no processo de macharia e quebra de canal para a

resistência do concreto, quando substituiu a areia natural sob teores de 5%, 10%, 15%, 20%,

25%, 30% e 50%. Além das propriedades mecânicas (resistência à compressão axial), foram

analisadas a microestrutura e a lixiviação da mistura em relação a um concreto referência

15


Fundição

moldado somente com areia natural, nas idades de 3,7,14,21 e 28 dias, a fim de proporcionar uma

solução para a reutilização desse resíduo industrial.

Foram realizados ensaios de resistência à compressão axial para todos os traços, ensaios

de microscopia eletrônica de varredura e lixiviação para a mistura de 50% , com a finalidade de

observar os desempenhos das variáveis relacionadas com a resistência mecânica e de

microestrutura do concreto.

16



2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 Concreto

Segundo a Revista Concreto e Construções (2009), na qual foi realizada pelo Instituto

Brasileiro do Concreto – IBRACON, o concreto é um dos materiais mais utilizados no mundo,

amplamente disseminado e o principal componente das estruturas. Após seu endurecimento, atua

junto com as armaduras na constituição de pilares, vigas, lajes e escadas. De acordo com a

Federación Iberoamericana de Hormigón Premesclado - FIHP (2009) estima-se que anualmente

são consumidas 11 bilhões de toneladas de concreto, isso gera aproximadamente, um consumo

médio de 1,9 tonelada de concreto por habitante por ano, valor inferior apenas ao consumo de

água. No Brasil segundo a Associação Brasileira das Empresas de Serviços de Concretagem -

ABESC foram consumidos em torno de 30 milhões de metros cúbicos de concreto.

O concreto é um material composto constituído por mistura de um aglomerante (formado

por cimento e água), na qual são adicionados no concreto partículas ou fragmentos de agregados.

Ressalta-se que pelo menos 75% do volume do concreto são ocupado pelos agregados, deste

modo, os agregados possuem grande importância na formação e desenvolvimento do concreto.

Quando misturado, deve oferecer condições de plasticidade que facilitem as operações de

manuseio indispensáveis ao lançamento nas formas, adquirindo com o tempo, pelas reações que

então se processarem entre aglomerante e água, coesão e resistência (METHA, 1994).

2.1.1 Conceito e característica do concreto de cimento Portland (CCP)

Segundo Helene et al. (2010), o concreto de cimento Portland é o mais importante

material estrutural e de construção civil da atualidade. Mesmo sendo o mais recente dos materiais

de construção de estruturas, pode ser considerado como uma das descobertas mais interessantes

da história do desenvolvimento da humanidade e sua qualidade de vida.

O concreto de cimento Portland deve conter cimento, água e agregados, além da

possibilidade de contar com aditivos, pigmentos, fibras, agregados especiais e adições

minerais, cujos empregos tornam-se cada vez mais frequentes nos concretos atuais. A

proporção entre os diversos constituintes é buscada pela tecnologia do concreto, para

atender simultaneamente as propriedades mecânicas, físicas e de durabilidade requeridas

para o concreto, além das características de trabalhabilidade necessárias para o

17


Fundição

transporte, lançamento e adensamento, condições estas que variam caso a caso.

(HELENE et al, 2010,p. 920).

Basicamente o cimento e a água são os elementos ligantes do concreto, e os agregados por

serem considerados materiais inertes. Segundo Andolfato (2002) apud Jacques (2013) , as

propriedades ligantes da pasta de concreto são produzidas através de reações químicas

envolvendo o cimento e a água, o autor alega que a quantidade de água necessária para a

realização das reações é pequena, mas devido ao fato de o concreto necessitar ter

trabalhabilidade, é utilizada uma quantidade maior de água para a fabricação do mesmo, o que

vai alterar as propriedades mecânicas do concreto, como por exemplo, a sua resistência, por isso

se faz necessário adotar uma proporção adequada de água e cimento para se ter garantia da

resistência adequada do concreto.

2.1.2 Materiais constituintes

A) Cimento Portland

Segundo Bauer (2000), o cimento Portland é o produto obtido pela pulverização de

clinker, sendo um material de origem mineral, e constituído basicamente de silicatos hidráulicos

de cálcio, com certa proporção de sulfato de cálcio natural derivado da moagem e mistura de

rochas calcárias, todos esses elementos quando misturados com água tem propriedades

aglomerantes.

De acordo com Foguessato (2007) apud Jacques (2013), o cimento Portland possui em

sua composição alguns componentes essenciais que são cal (CaO), sílica (SiO2), alumina (Al2O3)

e óxido de ferro (Fe2O3), chegando a quase 95% do total na análise de óxidos.

A finura é uma propriedade do cimento Portland na qual se destaca, tendo um papel

fundamental na qualidade do concreto, ela é responsável pela velocidade da reação de hidratação

do cimento (JACQUES, 2013). Segundo Bauer (2000) o aumento da finura melhora a resistência,

particularmente a resistência da primeira idade, diminui a exsudação e outros tipos de segregação,

aumenta a impermeabilidade, a trabalhabilidade e a coesão dos concretos e diminui a expansão

em autoclave.

18



O Quadro 1 tem como objetivo apresentar os tipos de cimento Portland, bem como suas

composições.

Quadro 1- Tipos de cimento Portland e suas composições

Cimento

Tipo

Clínquer

+

Gesso(%)

Escória

Siderúrgica

(%)

Material

Pozolânico(%)

Calcário

(%)

CP I

Comum

100

-

-

-

CP I – S

Comum

95-99

1-5

1-5

1-5

CP II – E

Composto

56-94

6-34

-

0-10

CP II – Z

Composto

76-94

-

6-14

0-10

CP II – F

Composto

90-94

-

-

6-10

CP III

Alto-forno

25-65

35-70

-

0-5

CP IV

Pozolânico

45-85

-

15-50

0-5

CP V –

ARI

Alta Resistência

Inicial

95-100

-

-

0-5

Fonte: Bauer (2000)

19


Fundição

Conforme a Revista Concreto e Construções (2009):

Cimento Portland Comum (CP I): É usado para controlar a pega (o tempo necessário

para o endurecimento parcial do composto). É recomendado para o uso em construções de

concreto em geral, quando não são exigidas propriedades especiais do cimento.

Cimento Portland Composto (CP II): Atende plenamente às necessidades da maioria

das aplicações usuais, apresentando, em muitos casos, vantagens adicionais.

Cimento Portland de Alto -Forno (CP III): Apresenta maior impermeabilidade e

durabilidade, baixo calor de hidratação e alta resistência à expansão e a sulfatos (reações álcali-

agregado), este cimento é vantajoso em obras de concretomassa, tais como a construção de

barragens.

Cimento Portland Pozolânico (CP IV): Recomendado para obras expostas à ação de

água corrente e para ambientes agressivos por suas propriedades de baixa permeabilidade, alta

durabilidade, alta resistência à compressão a idades avançadas.

Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP V – ARI) Atinge altas resistências

nos primeiros dias de aplicação, é usado na fabricação de blocos para alvenaria, blocos para

pavimentação, de tubos, lajes, meio-fio, mourões, postos e de elementos arquitetônicos pré-

moldados, que necessitam de um cimento de elevada resistência inicial para a rápida desforma.

B) Agregados minerais

De acordo com o Ministério de Minas e Energias, os agregados são matérias granulares,

sem volume definidos, tais como: a pedra britada, o cascalho e as areias naturais, na qual devem

possuir dimensões e propriedades adequadas para uso em obras de engenharia civil.

O agregado é o material particulado, incoesivo, de atividade química praticamente nula

constituído de misturas de partículas cobrindo extensa gama de tamanhos. O termo

agregado é de uso generalizado na tecnologia do concreto, nos outros ramos da

construção, conforme cada caso, pelo nome especifico: fíler, pedra britada, bica- corrida,

rachão (BAUER, 2000, p 63).

20



Conforme Mehta et al. (1994), cerca de 90% dos agregados usados em CCP são de

origem mineral, considerando assim materiais de baixo custo, não entram em reações químicas

complexas com a água, deste modo os agregados são tratados como enchimento inerte ao

concreto.

A porosidade, composição granulométrica, absorção de água, forma e textura superficial

das partículas, resistência à compressão, modulo de elasticidade e os tipos de substâncias

deletérias são características dos agregados que devem ser levadas em consideração no processo

de fabricação do CCP. Bauer (2000) recomenda que no processo de fabricação do CCP, devem-

se excluir agregados oriundos de rochas macias, ou de baixa resistência à compressão, bem como,

utilizar materiais que prejudiquem a sua aderência à argamassa ou que venham a interferir na

pega e no endurecimento.

Segundo Helene (1992) e Bauer (2000), os agregados se classificam de acordo com:

a) Sua origem:

Naturais: Agregados que estão em forma particulada na natureza, como: areia e cascalho;

Industrializados: Agregados onde sua composição foi obtida por processos industriais,

neste contexto, a matéria-prima pode ser: rocha, escória de alto forno.

b) Sua dimensão das partículas:

Agregado Miúdo: são as areias;

Agregado Graúdo: são os cascalhos e as britas.

Segundo Jacques (2013), a areia na construção civil é considerada como agregado miúdo,

sendo a mesma um produto natural que tem origem da fragmentação das rochas devido a

condicionantes ambientais, tais como erosão das rochas, ação dos ventos, ação da água.

De acordo com a NBR 7211 (2009), define areia ou agregado miúdo como areia de

origem natural ou resultante do britamento de rochas estáveis, ou a mistura de ambas, cujo os

grãos passam pela peneira ABNT de 4,8 mm e ficam retidos na peneira ABNT de 0,075 mm. Em

21


Fundição

geral a areia possui diâmetro entre 0,06 e 2,0 mm. A seguir o Quadro 2, apresenta a classificação

do agregado miúdo quanto à dimensão das partículas.

Quadro 2- Classificação do agregado miúdo

Tipo de areia Tamanho Nominal (mm) Módulo de Finura

(MF) Mínima Máxima

Muito fina 0,15 0,6 MF < 2,0

Fina 0,6 1,2 2,0 < MF < 2,4

Média 1,2 2,4 2,4 < MF < 3,2

Grossa 2,4 4,8 MF > 3,2

Fonte: Bauer (2000) e NBR 7211

A NBR 7211(2009) estabelece uma definição de agregado graúdo, descreve que são

pedregulho ou brita proveniente de rochas estáveis, ou a mistura de ambos, cujos grãos passam

por uma peneira de malha quadrada com abertura nominal de 152 mm e ficam retidos na peneira

ABNT de 4,8 mm. Conforme Bauer (2000), a pedra brita utilizada na composição final do

concreto é um produto, obtido através de equipamentos de britagem de rochas , que são extraídas

nas pedreiras, posteriormente as mesmas passam por peneiras que definem a forma e dimensões

do agregado. O autor ainda relata que a pedra brita é dividida em faixas granulométricas de

graduação de 0 a 4, e é encontrada no comércio com a denominação de pedrisco e pedras de 1 a

4. Sendo que a maior demanda por pedra brita ocorre no processo de fabricação de concreto,

onde são empregados principalmente o pedrisco e as britas 1 e 2, sendo que para a execução de

concreto ciclópico usa-se brita 4 e rachão.

O Quadro 3 apresenta a divisão das britas de acordo com o tamanho das partículas.

22



Quadro 3- Divisão das britas de acordo com o tamanho das partículas

Quadro 1:

Pedra brita

Numerada

(NBR 7211/ NBR 7225) COMERCIAL

TAMANHO NOMINAL

Nº Mínima Máxima Mínima Máxima

Brita 0 4,8 9,5

Brita 1 4,8 12,5 9,5 19,0

Brita 2 12,5 25,0 19,0 38,0

Brita 3 25,0 50,0 38,0 50,0

Brita 4 50,0 76,0 50,0 76,0

Brita 5 76,0 100,0

Obs: para efeito de dosagem pode-se utilizar dmax=

25 mm para uma mistura de brita 1 + brita 2.

> 76 mm considerado pedra de mão

Fonte: Duart (2009)

2.1.3 Microestrutura e resistência do concreto

Segundo Mehta et al. (1994), o termo macroestrutura é geralmente empregado para a

estrutura grosseira, ou seja, visível à vista humana já o termo microestrutura é empregado para

uma porção aumentada microscopicamente de uma macroestrutura. Analisando o concreto em

nível microestrutural origina-se uma nova fase chamada de zona de transição, está é uma região

interfacial entre a pasta e o agregado, Mehta et al. (1994), define como sendo uma película

delgada com espessura de 10 a 50μm ao redor do agregado, geralmente um pouco mais fraca do

que os outros dois componentes principais do concreto, exercendo uma influência muito maior

sobre o comportamento mecânico que pode ser esperado pela sua espessura.

23


Fundição

De acordo Kelm (2011), a quantidade de água e a idade, são fatores importantes para o

estudo da microestrutura da pasta de concreto. A pasta varia de acordo com a relação

água/aglomerante em massa (a/ag) utilizada. Quando o cimento entra em contato com a água, os

compostos se hidratam e preenchem os espaços originalmente ocupados pela água e este

preenchimento é tanto maior quanto menor a relação água/aglomerante. Quanto à idade, as

particularidades da microestrutura desenvolvem-se desde o contato do cimento com a água, pois

já nas primeiras horas as mudanças são bastante rápidas.

Conforme Neville (1997), a resistência é considerada como a propriedade mais

importante e também a mais analisada no concreto, este parâmetro geralmente é utilizado para

controlar a qualidade do concreto

Mehta et al. (1994) definem a resistência de um material como a capacidade deste resistir

à tensão sem ruptura. No concreto a resistência é relacionada com a tensão requerida para causar

a fratura e é sinônimo do grau de ruptura no qual a tensão aplicada alcança seu valor máximo.

Para se realizar o ensaio de resistência são feitos corpos de provas, analisando sempre suas

dimensões, geometrias e o estado de umidade, se houver alguma variação nos mesmos, pode vir

alterar a resistência dos corpos de provas. Outros parâmetros podem interferir na variação de

resistência que são: resistência das fases componentes, que depende da porosidade da matriz

(relação água/cimento, aditivos minerais, grau de hidratação e teor de ar aprisionado e

incorporado), porosidade do agregado, e porosidade da zona de transição (em função da relação

água/cimento, aditivos minerais, características de exsudação, grau de compactação, grau de

hidratação e a interação química entre agregado e pasta de cimento).

2.2 Areia de fundição

Segundo Soares (2000), as areias tem um amplo uso nas fundições, não só na fabricação

de moldes para o vazamento do metal, mas como também dar a forma ao metal. São utilizadas

por diversas características dentre elas se destaca por ser considerada de baixo custo, por conter

alta capacidade refratária, facilmente aglutinável quando misturados com argila, compostos

aditivos orgânicos e inorgânicos.

24



Define-se areia de moldagem como o material que constitui o molde. É um sistema

heterogêneo, constituído essencialmente de um elemento granular refratário, que

constitui a base (geralmente areia silicosa) e um elemento aglomerante mineral (argila,

cimento) ou orgânico (óleos, farinha de cereais, resinas). As areias de moldagem

também chamadas de areia de fundição destinam-se à confecção de moldes e machos na

fabricação de peças na qual as indústrias produzem (Lo Ré, 1978 apud Bonet, 2002).

De acordo com Bonet (2002), classificam-se segundo os critérios de constituição, como

origem, uso, emprego na caixa de fundição e a qualidade do metal:

a) Quanto à origem, as areias podem ser:

• Areias Naturais: são originadas de arenitos de cimento argiloso ou de alteração de rochas

feldspáticas (saibros), é usada diretamente na moldagem, sofrendo uma correção na umidade;

• Areias Semi-sintéticas: são resultantes das modificações introduzidas nas areias naturais,

por meio de adição de substâncias visando melhorar suas qualidades;

• Areias Sintéticas: são obtidas pela mistura correta da areia-base e aglomerantes em

proporção adequada e umidade determinada;

b) Quanto ao uso, podem ser:

• Areia nova: quando utilizada pela primeira vez na fundição;

• Areia usada: quando recuperada de fundições anteriores;

c) Quanto ao emprego na caixa de fundição, podem ser:

• Areia de faceamento: é a parte da areia que faceia o modelo e entra em contato com o

metal de vazamento;

• Areia de enchimento: parte da areia que constitui o restante da caixa de moldagem;

• Areia de macho: aquela destinada ao preparo dos machos, conformadores das cavidades

internas das peças;

d) Quanto ao estado de umidade da areia, podem ser:

25


Fundição

• Areia úmida ou verde: mantém no momento do vazamento, aproximadamente a mesma

umidade do preparo;

• Areia estufada: possuem composição adequada para macho e moldes e que sofrem

cozimento em estufa antes do vazamento;

e) Quanto a qualidade do metal, podem ser:

• Areias para metais ferrosos (ferro de fundido cinzento, maleável e aço);

• Areia para metais não ferrosos (bronze e latão, cobre e níquel, alumínio , e magnésio).

O método de moldagem mais utilizado em todo mundo para a produção de peças fundidas

é a moldagem em areia; estimando-se que mais de 80% das peças fundidas produzidas utilizam

moldes feitos de areia aglomerada, sendo as areias aglomeradas com argila, em geral, as mais

empregadas para confeccionar os moldes (ARMANGE , 2005).

As areais de moldagem são constituídas essencialmente de um elemento granular

refratário (areia base) e um elemento aglomerante mineral (argila bentonita ou caulinita), água e

aditivos (pó de carvão, amido de milho, dextrina) (MARIOTTO, 2001).

Conforme Scheunemann (2005), o principal resíduo gerado nas etapas de desmoldagem

de peças metálicas no processo de fundição é a areia de fundição. Ela apresenta características

quantitativas e qualitativas em função do tipo de tecnologia empregada nos processos utilizados.

A Figura 1 e 2 apresenta a areia antes e depois do processo de fundição.

26



Figura 1- Areia antes do processo

Fonte: Site Albrecht (2013)

Figura 2- Areia depois do processo

Fonte: Site Albrecht (2013)

27


Fundição

Segundo a NBR 10004 (2004), a areia de fundição, que é utilizada para confecção de

moldes de peças metálicas, é classificada como resíduo não perigoso, porém, dependendo de cada

situação ou processo, por apresentar alguns poluentes, tais como, metais (ferro, alumínio, níquel,

cromo, chumbo, zinco, etc.) e resinas fenólicas, que podem afetar o ambiente quando destinado

ou manuseado de forma inadequada.

A areia de moldagem corresponde ao maior volume de resíduos gerados pela Indústria de

Fundição, com características quantitativas e qualitativas diferenciadas em função das

peculiaridades de cada processo em particular. Depois de utilizada em moldes a areia fica

contaminada por metais pesados, dependendo do material de fundição, e por resinas poliméricas

empregadas na compactação (SCHEUNEMANN, 2005).

Segundo Lopes (2009), a areia base utilizada no processo de fundição é constituída de

grãos de tamanhos entre 0,05 mm e 2 mm, que são peneirados para separação de acordo com seu

tamanho. No Brasil essa areia base é retirada principalmente de leitos de rios.

As areias utilizadas para confecção dos moldes e machos podem ser extraídas de jazidas

de cava ou de rios, sendo considerado um bem não renovável, cujo beneficiamento

invariavelmente causa impactos ambientais. Para o preparo dos moldes, a areia recebe a adição

de um ligante que tem a função de polimerização e representa a fusão de várias moléculas

formando longas cadeias moleculares, ao polimerizar ocorre o endurecimento da areia formando

um bloco sólido e quimicamente inerte com resistência mecânica e térmica (RAMPAZZO, 1989).

De acordo com Scheunemann (2005), a regeneração de areias de fundição é um tema

exposto há mais de 40 anos, sendo aplicada nos diferentes processos em fundições de todo

mundo. Esse método é uma alternativa técnica e economicamente viável, sendo considerada uma

operação padrão na maioria das indústrias de fundição.

Segundo Peixoto (2003), não se deve confundir regenerar com recuperar ou recircular. A

recirculação da areia usada no próprio sistema que a gerou, requer, em geral, tratamentos tais

como desagregação de grumos, remoção de poeiras e remoção de materiais metálicos, que em seu

conjunto constituem o que no Brasil denominamos recuperação da areia usada. A regeneração de

uma areia de fundição implica a limpeza superficial de seus grãos (destacamento das substâncias

aderentes aos mesmos) e remoção das partículas resultantes dessa limpeza, com o objetivo de

28



reconduzir a areia usada a uma condição semelhante à de uma areia nova, permitindo sua

reutilização no processo sem detrimento das qualidades dos moldes ou machos produzidos.

De acordo com a definição anterior, uma areia é considerada regenerada quando pode

substituir a areia nova em qualquer das situações em que se usa areia nova na fundição, isto é:

a) fabricação de machos (aglomeração com ligantes químicos);

b) fabricação de moldes com areia ligada quimicamente ou não ligada;

c) diluição do sistema de areia verde.

A regeneração de uma dada areia usada consiste em uma sequencia de tratamentos

específicos ou operações unitárias. Portanto a regeneração deve compreender as seguintes etapas:

1ª etapa: desagregação de torrões e grumos, ou seja, liberação dos grãos individuais da

areia, etapa sempre necessária; em muitos casos corresponde aproximadamente ao que se definiu

anteriormente como recuperação.

2ª etapa: remoção dos resíduos metálicos, seja na forma de óxidos, seja na forma de

gotas.

3ª etapa: limpeza superficial dos grãos, ou seja, remoção dos resíduos de aglomerantes,

aditivos e seus produtos de decomposição aderidos aos grãos.

4ª etapa: classificação da areia regenerada, de modo a restabelecer a granulométrica

desejada.

A existência da 3ª etapa no processamento da areia é que efetivamente distingue a

regeneração da recuperação, sendo considerada a essência do processo de regeneração.

Segundo Tede (2009), quando não é possível mais reaproveitar está areia no processo de

fundição, é necessário que os resíduos sejam depositados em um aterro industrial, e quando não

monitorado, gera um sério problema ambiental, devido ao volume produzido, além disso, acarreta

um problema adicional, pois os órgãos e regulamentos ambientais levam as empresas a destinar

seus resíduos em aterros cada vez mais distantes do local gerado, aumentando consideravelmente

os custos envolvidos.

29


Fundição

2.2.1 Indústria de fundição

Segundo Bonet (2002), a indústria da fundição é conhecida como altamente poluidora,

talvez, pelo fato de ser confundida com o setor siderúrgico, ou também pelo fato de em décadas

anteriores, despejarem seus poluentes na atmosfera, através dos seus fornos de fusão.

Atualmente, o grande problema das empresas de fundição são os seus resíduos sólidos,

constituídos dos excedentes das areias usadas na confecção dos moldes e machos.

O setor produtor de peças fundidas em ferro, aço e ligas não ferrosas é um segmento da

economia que emprega cerca de 47.200 trabalhadores, onde faturou 2,9 bilhões de dólares, em

cerca de 1.200 empresas. Têm por característica principal o uso intenso de mão-de-obra e suas

matérias-primas, todas de origem nacional, conferindo-lhes uma independência do mercado

externo (BORRA, 2004). Logo, gera um número significativo de empregos diretos e indiretos na

cadeia produtiva de fundição.

De acordo com a Associação Brasileira de Fundição – ABIFA (2009), o Brasil é o 7º

produtor de fundidos no cenário mundial, superando países como França, Coréia e Itália por

exemplo. As condições naturais do Brasil mostram toda uma potencialidade do setor para se

tornar um dos maiores produtores mundiais. Na Tabela 1 é apresentado o ranking dos países

produtores de fundidos.

Tabela 1- Ranking dos países produtores de fundidos

COLOCAÇÃO PAÍS TONELADAS %

1º China 35.300.000 45

2º Índia 7.443.200 9

3º Estados Unidos 7.408.071 9

4º Japão 4.385.998 6

5º Rússia 4.200.000 5

6º Alemanha 3.901.665 5

7º Brasil 2.296.916 3

8º Coreia 2.135.000 3

9º França 1.736.704 2

10º Itália 1.668.802 2

11º México 1.485.324 2

TOTAL 79.153.012 100

Fonte: ABIFA (2009)

30



Segundo ABIFA, o desenvolvimento apontado nos últimos anos deve-se, em grande

parte, à crescente participação do setor automotivo (55%) na distribuição setorial de vendas de

fundidos do Brasil.

2.2.2 O Processo de fundição

Segundo Gossen (2005), o processo de fundição começa com a preparação da areia de

modelagem para realizar a confecção dos moldes, logo após, derrama-se o metal líquido nos

moldes originando as peças metálicas conforme o projeto.

De acordo com Knop (2009), a operação de moldagem é realizada pela formatação de um

material refratário adequado para realizar a cavidade em que o metal líquido será introduzido, o

material utilizado para operações de moldagens depende do tipo de metal a ser fundido e a forma

desejada do produto final, a cavidade do molde terá que conservar sua forma, até que o metal

tenha se solidificado. Geralmente os moldes são formados por duas partes uma superior e outra

inferior, se as peças a ser fundida apresentar regiões ocas são feitos moldes para as partes internas

da peça denominadas de machos, assim os moldes acomodam a parte externa da peça.

Terminada a solidificação às peças são retiradas, promovendo a desagregação e quebra

dos machos e moldes, esses resíduos que são originados nesta etapa, podem retornar para o

processo produtivo sendo reaproveitados ou são enviadas para aterros industriais. Depois deste

procedimento, as peças metálicas seguem para a etapa de quebra de canal para serem separadas

do sistema de alimentação (canais) e seguem para a limpeza. Posteriormente as peças metálicas

recebem o acabamento e controle de qualidade, nesta etapa são removidas as rebarbas existentes

que acontecem na operação de usinagem. Finalmente as peças recebem uma proteção superficial

pela aplicação de óleo ou pintura (TEDE, 2009).

A fundição se destaca perante aos outros métodos principais de processos de fabricação,

não só por ser um dos mais antigos, mas por ser um dos mais versáteis, principalmente quando se

considera os diferentes formatos e tamanhos das peças que se pode produzir neste processo. Pode

produzir lingotes para laminação e forjamento, como também peças semi-acabadas que sofrerão

posteriormente a usinagem.

31


Fundição

Gossen (2005) relata a descrição de todos os processos de fundição utilizados para a

confecção das peças:

- Modelação: É o inicio do processo, onde um molde da peça a ser fundida é

confeccionado e usado na produção dos moldes. Se tratando de areia ligada com argila (areia

verde), a areia é comprimida em torno do modelo até uma desejável dureza. No caso de ligantes

químicos, o molde é quimicamente endurecido após uma leve compactação mecânica. Moldes

são produzidos em duas metades, de tal maneira que modelo possa ser facilmente retirado.

Quando essas duas metades são rearranjadas, origina-se uma cavidade.

- Fusão: É onde inicia a produção da peça fundida. Neste processo é gerado resíduos

como: escórias dos fornos, pós do sistema de exaustão dos fornos, sucatas metálicas impróprias

para o processo e pós de matérias-primas.

- Macharia: É a parte onde são fabricados núcleos de areia chamados “machos”. Os

machos são feitos de areia e lingotes que são suficientemente resistentes e duros para serem

fixados dentro do molde. Nesse processo, são gerados resíduos de areia de moldagem, e pós

exaustão do processo de moldagem.

- Desmoldagem: Após o resfriamento - que para peças maiores pode durar alguns dias -, a

peça entra no processo de desmoldagem. Este processo consiste em quebrar o molde a fim de

retirar o componente fundido, ainda no estado bruto. Os resíduos gerados são: respingos de ferro,

areia de moldagem, finos de areia, restos de machos.

- Quebra de canais: Consiste na quebra do sistema de alimentação da peça fundida. Gera

resíduos como sucatas e areias de moldagem.

- Acabamentos: Nesta fase do processo, os canais são cortados e são realizados

acabamentos através de rebolos rotativos e de outras ferramentas que visam melhorar o aspecto

visual, conforme normas de comparação através de fotos.

- Tratamento térmico: Para que a estrutura do material fique conforme a sua

especificação, os componentes têm que passar por um tratamento térmico. Este tratamento, que

32



tem por objetivo melhorar a resistência mecânica e corrosiva dos materiais, é definido através de

velocidade de aquecimento, tempo e temperatura do patamar e velocidade de resfriamento.

- Oleação/Pintura: Este processo consiste da proteção da peça fundida, seja por meio da

pintura, seja poróleo, ou pela combinação destes. Materiais contaminados com óleo e/ou tinta,

plásticos, latas de tinta, tambores, baldes e bombonas.

As peças uma a uma são passadas pelo rebolo para eliminar as rebarbas, e depois levadas

a um jateamento por granalha para melhorar o acabamento externo. Algumas peças não precisam

ser usinadas, mas a maioria passa pela usinagem para um melhor acabamento para fazer alguns

detalhes não permitidos no molde. Após a peça pronta, ela é pintada ou é dado um banho de óleo

para evitar a corrosão (SCHEUNEMANN, 2005).

2.2.3 Resíduos sólidos

Segundo Pichat (1998), define resíduo como toda substância que o produtor abandona,

destinado ao abandono ou que se encontra forçado a abandonar.

De modo geral, o setor de fundição, apesar de consumir sucatas metálicas como matéria-

prima, gera grandes volumes de resíduos sólidos, entre os quais escórias, areia de moldagem e

poeiras diversas (DANTAS, 2003).

De acordo com Pablos et al. (2009), para as indústrias brasileiras, gerenciar os resíduos

transformou-se em um dos principais desafios enfrentados. É necessário caracterizar e quantificar

quais são os resíduos industriais perigosos, não perigosos e inertes gerados, além disso, é sempre

importante definir as etapas de manuseio, armazenamento, transporte, tratamento, reutilização e

disposição final.

Segundo a NBR 10004 (2004), os resíduos são classificados em:

a) Resíduos Classe I – Perigosos: são resíduos que em função de suas propriedades físico-

químicas e infectocontagiosas, podem apresentar risco à saúde pública e ao meio ambiente. São

considerados perigosos os que apresentam ao menos uma das seguintes características:

inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade e patogenicidade. Os resíduos que

recebem esta classificação requerem cuidados especiais de destinação.

33


Fundição

b) Resíduos Classe II – Não Perigosos: não apresentam nenhuma das características acima,

podem ainda ser classificados em dois subtipos:

Classe II A – Não Inertes: são aqueles que não se enquadram no item anterior, Classe I,

nem no próximo item, Classe II B. Geralmente apresenta alguma dessas características:

biodegradabilidade, combustibilidade e solubilidade em água.

Classe II B – Inertes: quaisquer resíduos que submetidos a um contato estático ou

dinâmico com água, não tenham nenhum de seus componentes solubilizados a concentrações

superiores aos padrões de portabilidade de água, com exceção da cor, turbidez, dureza e sabor.

A Associação Brasileira de Empresas de Tratamento de Resíduos - ABETRE (2003),

juntamente com a Fundação Getúlio Vargas na qual foi contratada pela mesma, para desenvolver

um estudo estimando a quantidade de resíduos industriais gerados anualmente no país. Neste

contexto, a Tabela 2 tem como objetivo informar os dados levantados de acordo com os

inventários estabelecidos pelos órgãos de cada estado, sobre a geração destes resíduos industriais.

Tabela 2- Geração de resíduos sólidos industriais no Brasil

Unidade de

Federação

Geração de Resíduos (t/ano)

Classe I Classe II – A Classe II – B Total

SP 535.615 25.038.167 1.045.895 26.619.677

RJ 293.953 5.768.562 (*) 6.062.515

RS 205.326 1.404.732 25.632 1.635.690

PR 634.543 15.106.393(*) 15.740.936

PE 12.622 1.325.791 4.071 1.342.483

GO 4.405 1.486.969 (*) 1.491.374

Legenda: (*) Resíduos não perigosos

Fonte: ABETRE (2003)

34



Segundo dados apresentados pela FEPAM, por meio do relatório sobre a geração de

resíduos sólidos industriais no estado do Rio Grande do Sul, na qual foram analisadas no mesmo,

2.192 indústrias no estado, entre elas 16 indústrias da região das Missões, com o objetivo de ter a

quantidade de resíduos sólidos industriais gerados, ou seja, resíduos de Classe I e Classe II. A

Tabela 3 apresenta a distribuição de resíduos gerados por cada Classe em (t/ano) e (%).

Tabela 3- Quantidade de resíduos sólidos industriais gerados pela Classe I e Classe II

CLASSE DO

RESIDUO

Total de Resíduos

(t/ano)

Total de Resíduos

(%)

Classe I 189.203 8

Classe II 2.174.682 92

Total 2.363.886 100

Fonte: FEPAM (2003)

A Figura 3 apresenta a quantidade de resíduos sólidos industriais perigosos, Classe I,

gerados por setor industrial, já a Figura 4 tem como objetivo expor a destinação dos resíduos

sólidos industriais Classe I gerados pelas indústrias do estado do Rio Grandes do Sul na qual são

licenciados pelo FEPAM.

Figura 3- Geração de resíduo sólido industrial Classe I por setor industrial

Fonte: FEPAM (2003)

62%

11%

11%

10% 1% 5%

Couro

Mecânico

Metalúrgico

Químico

Papel

Outros

35


Fundição

Figura 4- Destinação dos resíduos sólidos industriais Classe I

Fonte: FEPAM (2003)

A Figura 5 apresenta a quantidade de resíduos sólidos industriais não perigosos, Classe II

gerados por setor industrial. Logo a Figura 6 mostra informações relativas ao destino final dos

resíduos perigosos gerados pelas indústrias do estado do Rio Grande do Sul licenciadas pela

FEPAM.

Figura 5- Geração de resíduo sólido industrial Classe II por setor industrial

Fonte: FEPAM (2003)

36%

22%

14%

13%

2% 13%

Central de Resíduos

Aterro Industrial Próprio

Reaproveitamento/

Recliclagem Enviados para outros Estados

Queima em Caldeira

30%

13%

13%

12%

8%

6%

6%

12%

Alimentar

Metalúrgico

Químico

Papel

Bebidas

Couro

Mecânico

Outros

36



Figura 6- Destinação dos resíduos sólidos industriais Classe II

Fonte: FEPAM (2003)

De acordo com Lopes (2009), o grande problema das empresas de fundição atualmente

são os seus resíduos sólidos. A disposição dos resíduos de areias de fundição em aterros

industriais, quando não monitorado, torna-se perigoso para a população e gera um sério problema

ambiental, devido ao volume produzido, além disso, acarreta um problema adicional, pois os

órgãos e regulamentos ambientais levam as empresas a destinar seus resíduos em aterros cada vez

mais distantes do local gerado, aumentando consideravelmente os custos envolvidos, além da

empresa se preocupar cada vez mais com o cuidado de gerenciamento, tratamento, manutenção e

destinação final dos resíduos ao aterro, se torna uma responsabilidade à empresa por toda a sua

trajetória de vida.

2.3 Sustentabilidade

Nas últimas décadas evidenciou-se um aumento na preocupação com a temática ambiental

em todo o mundo, ou seja, pode-se afirmar que garantir a sustentabilidade nas cidades, empresas

e no país é dar garantias de que o mesmo explorado, essa área continuará a prover recursos e bem

estar econômico e social para as comunidades que nela vivem por muitas gerações futuras..

53%

13%

7%

7%

3%

17% Reaproveitamento/ Recliclagem

Incorporação ao Solo

Queima em Caldeira

Aterro Industrial

Ração Animal

Outras Formas de Destino

37


Fundição

Segundo o site Brasil Sustentável (s/d), sustentabilidade é a capacidade do ser humano

interagir com o mundo, visando preservar o meio ambiente, não comprometendo as gerações

futuras.

Os graves desafios enfrentados nos dias de hoje indicam a necessidade de ações

educacionais que possam disponibilizar conhecimento para a construção de um novo modelo de

civilização, onde governos, empresas, escolas, instituições da sociedade civil e comunidades

adquiram e adotem práticas, metodologias e tecnologias sustentáveis, que colaborem na

recuperação e conservação do meio ambiente e na melhoria da qualidade de vida da humanidade.

Atualmente está ocorrendo significativas mudanças, os órgãos públicos estão tentando

implantar na sociedade o desenvolvimento sustentável, a fim de obter crescimento econômico

necessário, garantindo a preservação do meio ambiente e o desenvolvimento social para o

presente e gerações futuras. Neste contexto muitas empresas e até mesmo universidades e escolas

estudam a possibilidade de redução do uso de matérias-primas e produtos e o aumento da

reutilização e da reciclagem.

2.3.1 Sustentabilidade na construção civil

Segundo Goldemberga et al. (2012), a Construção Civil é responsável pela transformação

do ambiente natural no ambiente construído, que precisa ser permanentemente atualizado e

mantido. Infelizmente, a cadeia produtiva da Construção Civil, encontra- se na incômoda situação

de ser apontado como o vilão da Natureza. O impacto ambiental gerado pela Construção Civil

geralmente está em todas as suas etapas de produção, por exemplo: extração de matérias-primas;

produção e transporte de materiais; concepção e projetos; execução (construção), práticas de uso

e manutenção, a demolição/desmontagem, além da destinação de resíduos gerados ao longo da

vida útil. Todas essas etapas citadas envolvem recursos ambientais, econômicos e trazem

impactos sociais que atingem a todos os cidadãos, empresas e órgãos governamentais.

A cadeia produtiva de materiais e componentes de construção, isoladamente, tem impacto

significativo que precisa ser moderado. Na fase de execução de um edifício, por exemplo, ocorre

à geração de uma parcela significativa de resíduos, fator muito preocupante principalmente nas

áreas urbanas. O volume de resíduos gerado é agravado pelas perdas dos processos ainda não

38



otimizados. Apesar de uma conscientização tardia, a Construção Civil vem tomando ações

decisiva para se tornar menos agressiva à Natureza, por meio de posturas cada vez mais proativas

(GOLDEMBERGA, 2012). A Figura 7 e 8 ilustra resíduos na Construção Civil gerados pelas

etapas da obra na execução de um edifício.

Figura 7- Resíduos gerados na Construção Civil

Fonte: Site IAB (2012)

Figura 8- Resíduos gerados na Construção Civil na execução de um edifício

Fonte: Site IAB (2012)

39


Fundição

De acordo com SindusCon-SP (2005), as soluções para a gestão dos resíduos da

construção e demolição nas cidades devem ser viabilizadas de um modo a integrar a atuação dos

seguintes agentes:

• o órgão público municipal – responsável pelo controle e fiscalização sobre o transporte e

destinação dos resíduos;

• os geradores de resíduos – responsável pela observância dos padrões previstos na

legislação específica no que se refere à disposição final dos resíduos, fazendo sua gestão interna e

externa.

• as transportadoras – responsável pela destinação aos locais licenciados e apresentação

do comprovante da destinação.

Muitas empresas estão se comprometendo a dar a destinação correta para esses resíduos,

ou a mesma reutiliza os materiais, como por exemplo, a chapa compensada utilizada para a

confecção de formas de pilares, onde a mesma será aproveitada em outras obras onde a empresa

irá executar o projeto. Outra questão que vêm sendo cada vez mais analisada e debatida não só

nas empresas como também em universidades, é a reutilização desses resíduos no próprio

concreto, blocos, em argamassas e até mesmo na área de pavimentação no CBUQ, substituindo

assim, alguma matéria prima natural por esses resíduos da Construção Civil, mais conhecidos

como “entulho”.

2.3.2 Substituição de matérias primas naturais por Areia Descartada de Fundição (ADF)

A indústria da construção civil apresenta-se com um grande potencial para a solução dos

problemas dos descartes dos resíduos gerados nesse setor, pois apresenta uma grande

potencialidade em incorporar esses resíduos nos materiais de construção, possibilitando a redução

dos custos dos produtos de construção, alem de contribuir para a diminuição da emissão de

resíduos ao meio ambiente (BIOLO, 2005).

Muitos estudos estão sendo ou já foram realizados visando encontrar soluções viáveis

para a destinação dos resíduos industriais e ainda reduzir os impactos ao meio ambiente

oferecendo matéria-prima para a construção civil.

40



Como exemplo, pode ser citado o resultado de um projeto desenvolvido por alunos da

Universidade de Caxias do Sul (UCS), com o apoio de indústrias caxienses, que já estão

licenciadas para utilizar as ADF’s como matéria-prima na construção de blocos de concreto.

Bolsistas da Universidade comprovaram, após muitos estudos, testes e análises da areia e do

produto final, a viabilidade desse reaproveitamento. Foi constatado que esse resíduo substitui a

areia quartzosa, conhecida como areia natural. A meta da pesquisa era verificar se o material teria

a resistência exigida pela Associação de Normas Técnicas - ABNT e ficaria abaixo do limite de

toxicidade permitido pelo Conselho Estadual de Meio Ambiente - CEMA, o que foi comprovado

na pesquisa. Um dos trunfos da iniciativa é a redução dos impactos ambientais: diminuição das

áreas de armazenamento do que é rejeitado pela indústria e a redução da extração de areia natural.

No caso da região de Caxias, essa areia vem da desagregação de rochas, do Rio Jacuí e

outros que compõe a bacia. Mesmo legalizadas, a extração sempre acaba impactando o meio

ambiente. Em São Paulo o resíduo da areia de fundição como opção para construção civil por

meio de blocos e também em asfalto já é feito há mais tempo, assim também em outros países

como Espanha e Alemanha. Para a realização do estudo em questão o repasse da areia deu-se

através de duas indústrias geradoras do resíduo da cidade de Caxias do Sul e outra indústria da

mesma localidade fabricou os blocos de concreto. A combinação utilizada para a fabricação foi

de 35% da massa total dos blocos fabricados com resíduos industriais.

Esses projetos permitem que as indústrias deixem de gerar um passivo para dar origem a

um ativo. A criação NBR 15702 (2009) – Areia Descartada de Fundição – Diretrizes para

aplicação em asfalto e em aterro sanitário, permitiu a realização deste e de outros projetos.

BONET (2002) propôs o reaproveitamento da areia residual de fundição como agregado fino no

Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ) e Coutinho (2004) estudou a possibilidade de

utilizá-la em misturas asfálticas densas; o primeiro trabalho recomendou a utilização de 8% do

resíduo, em peso, na mistura asfáltica, enquanto Coutinho (2004) concluiu que até 15% de

incorporação de areia na mistura asfáltica, em peso, produz materiais com boas propriedades

mecânicas sem impactos ambientais significativos.

Na busca de aplicações que permitam a reutilização da areia residual de fundição em

quantidades maiores, KLINSKY (2008) avaliou a possibilidade de reutilizar o resíduo como base

41


Fundição

e sub-base de pavimentos de baixo volume de tráfego, através de sua incorporação a solos

argilosos. O autor concluiu que teores de areia de 40 a 60% poderiam ser incorporados a solos

lateríticos argilosos para obter materiais com comportamento semelhante ao do Solo Arenoso

Fino Laterítico, material ideal para ser utilizado em bases e sub-bases de pavimentos de baixo

custo. No Rio Grande do Sul o destino das areias de fundição está distribuído da seguinte forma:

Aterros Licenciados pela FEPAM: 81%, Aterros particulares: 8%, Reaproveitamento: 6%,

Aterros Municipais: 3%, Estocado: 2% (BONET,2002). A alternativa de destinar os excedentes

da areia para o reuso externo exige pouco investimento e os custos operacionais tendem a ser

baixos (BIOLO, 2005).

O reaproveitamento da ADF será inevitável em um futuro próximo, tendo em vista o fato

de que os custos e dificuldades de disposição final deste tipo de resíduo vêm aumentando

sistematicamente e a legislação ambiental está cada vez mais restritiva, além da necessidade de

minimizar o impacto ambiental decorrente da extração da areia nova (STOLF, 2007).

Outro exemplo do reaproveitamento da ADF foi analisado por Foguesatto (2007), que

estudou a substituição da areia natural pela areia residual do processo de fundição como agregado

para concreto. O autor avaliou à resistência à compressão em corpos de prova de CCP com

substituição de 25%, 50% e 75% de areia natural por areia de fundição, com e sem a utilização de

um aditivo superplastificante, que teve como resultados através dos ensaios laboratoriais que a

utilização de aditivo em concretos com composições de areia de fundição teve uma eficiência

elevada, dando alta trabalhabilidade a uma mistura que não apresentava boa trabalhabilidade,

porém a resistência à compressão foi prejudicada, não alcançando a resistência de dosagem. Já o

concreto sem o uso de aditivo superplastificante os resultados foram semelhantes e alguns casos

melhores que à resistência de um traço com somente a areia natural (traço de referência).

O estudo realizado por STOLF (2007), em relação à recuperação de areia fenólica oriunda

do processo de fabricação de machos e moldes na indústria de fundição, indica que este resíduo

pode ser reutilizado para a confecção de blocos e bloquetes, pois os resultados dos níveis de fenol

presente nas amostras de areia e de argamassa foram inferiores aos limites estabelecidos pela

Companhia de Tecnologia do Estado de São Paulo - CETESB. O autor afirma que esta alternativa

permitirá uma diminuição dos descartes destas areias em aterros industriais e também uma

42



redução nos gastos das empresas com a disposição final destes resíduos. Adicionalmente, pode

até fomentar a criação de outro setor dentro das indústrias de fundição, na área de recuperação de

resíduos.

Há também muitos estudos para utilização das ADF como cobertura de aterros de

resíduos domésticos, teoricamente é a solução ideal, pois são grandes volumes em áreas já

licenciadas para receber resíduos classe IIA e pode reduzir custos e impactos ambientais na

gestão destes aterros, eliminando a necessidade de buscar terra para cobertura. É uma alternativa

muito utilizada no exterior, principalmente nos Estados Unidos - USA. A CETESB se manifestou

favoravelmente desde que sejam em aterros licenciados e seja feito um trabalho de engenharia

que comprove a viabilidade técnica na manutenção ou melhorias nas características das

coberturas originalmente previstas em projeto.

No ano de 2000, entrou em operação no interior do estado de São Paulo, a primeira

empresa da América Latina fabricante de artefatos de concreto utilizando a areia descartada de

fundição como substituta da areia comum. Com esta substituição, os produtos não perderam

qualidade e tornaram-se 15% mais baratos se comparados aos similares convencionais. As

aplicações em artefatos de concreto são mais indicadas para pequenas e médias gerações de areia

descartada de fundição. Para grandes volumes, as utilizações em obras de pavimentação e

coberturas de aterros sanitários, são mais adequadas. Na pavimentação, estas areias podem

substituir o pó de pedra em obras de cobertura asfáltica, enquanto que nos aterros sanitários a

ADF substitui a terra para cobertura diária.

No final de 2007, a CETESB liberou a Decisão de Diretoria Nº 152, que estabelece os

procedimentos que devem ser seguidos pelas empresas instaladas no estado de São Paulo que

pretendem reaproveitar as ADF na produção de artefatos de concreto ou na pavimentação

asfáltica. A partir desta data, várias fundições conseguiram o parecer técnico favoráveis deste

órgão ambiental para o reaproveitamento da ADF. Algumas destas fundições já estão com

projetos bem adiantados para a implantação do processo completo de reaproveitamento.

Seguindo estes passos, os órgãos ambientais dos estados de Santa Catarina e Rio Grande do Sul

também estabeleceram as suas diretivas para o reaproveitamento das ADF.

43


Fundição

3. METODOLOGIA

3.1 Classificação da pesquisa

A pesquisa é de ordem quantitativa, desenvolvendo estudo baseado em ensaios

laboratoriais.

3.2 Planejamento da pesquisa

Inicialmente realizou-se uma revisão bibliográfica para suporte de informações

necessárias para o entendimento da pesquisa.

Após, foram realizados ensaios de caracterização dos materiais, importante para o

processo de dosagem do concreto, tais como: ensaio de granulometria, massa específica, massa

unitária e módulo de finura.

O estudo de dosagem foi executado através do método de ABCP, na qual foram

desenvolvidos os seguintes traços:

· Traço referência (TR), moldado somente com areia natural;

Para realizar a dosagem com as duas areias de fundição confeccionadas nos processos da

fábrica (Macharia e Quebra de Canal), foram adotadas as seguintes substituições:

· Traço AM5 e AQC5, moldado com 5% de substituição de areia natural por areia de

fundição - AM (Macharia) AQC (Quebra de Canal);







44





· Traço AM30 e AQ30, moldado com 30% de substituição de areia natural por areia de




Foram adotadas essas porcentagens de substituição de areia de Macharia e Quebra de

Canal, para analisar a variação de resistência à compressão axial, ou seja, ter maior certeza do

resultado final que a substituição de areia natural por este resíduo pode interferir nas propriedades

do concreto.

Foram realizados ensaios de resistência à compressão axial aos 3, 7, 14, 21 e 28 dias, já

para análise do ensaio de microscopia eletrônica de varredura e lixiviação foi analisado a mistura

com 50% de substituição de areia natural por areia de fundição (Macharia e Quebra de Canal).

3.3 Materiais utilizados

3.3.1 Cimento

O cimento é um material com propriedades aglutinantes, aglomerantes ou ligantes, que

endurece sob a ação da água.

O cimento Portland utilizado para a pesquisa foi o CP IV- 32. Este cimento aumenta a

durabilidade das estruturas de concreto que entram em contato com ambientes agressivos e que

estão sujeitos a ataque de sulfatos, tais como esgotos, água do mar, permitindo uma maior vida

útil da estrutura e minimizando o risco de gastos com manutenção a curto e a médio prazo.

A composição cimento Portland pode variar dependendo da mistura que será preparada, a

Tabela 4 demonstra a relação dos componentes que podem ser utilizados.

45


Fundição

Tabela 4- Composição química do cimento CP IV - 32

Componente Químico Faixa de concentração

Silicato tricálcico (C3S) 20 - 70

Silicato dicálcico (Ca2Si) 10 - 60

Ferro-aluminato de cálcio (C4AFe) 5 - 15

Sulfato de cálcio (CaSO4) 2 - 8

Aluminato tricálcico (C3A) 1 - 15

Carbonato de cálcio (CaCO3) 0 - 10

Óxido de magnésio (MgO) 0 - 6

Óxido de cálcio 0 - 2

Fonte: Itambé (2014)

Para a caracterização física do cimento, foram realizados ensaios no Laboratório de

Engenharia Civil - UNIJUÍ conforme demonstrados na Figura 9 e apresentados os resultados na

Tabela 5, os ensaios estão de acordo com as seguintes normas:

Finura # 0,075mm – NBR 11579 (1991);

Massa específica – NBR NM 23 (2001);

Determinação do Tempo de pega – NBR NM 65 (2002).

Figura 9- Caracterização física do cimento

Fonte: Próprio autor (2014)

46



Tabela 5- Características físicas do cimento CP IV-32

Propriedade Resultado

Finura # 0,075 (%) 0,56

Massa específica (g/cm³) 2,775

Massa unitária solta (kg/dm³) 0,885

Tempo de pega (hrs) 05:31


3.3.2 Agregado miúdo

A) Areia natural

A areia natural utilizado neste estudo é areia média proveniente da empresa Paim

localizada no município de Coronel Barros - RS. Os ensaios de caracterização do material foram

feitos no Laboratório de Engenharia Civil - UNIJUÍ, utilizando os ensaios abaixo relacionados,

conforme as normas preconizadas. O material utilizado é representado pela Figura 10 e os

resultados estão apresentados na Tabela 6.

Composição Granulométrica – NBR 7217 (2009);

Massa específica do agregado miúdo – NBR 9776 (2003);

Massa unitária solta – NBR 7251 (1982).

Figura 10- Aspecto visual do agregado miúdo natural


47


Fundição

Tabela 6- Características da areia natural


Massa Específica (g/cm³) 2,584

Massa Unitária Solta (kg/dm³) 1,585

Dmáx. Característico (mm) 1,2

Módulo de Finura 1,84


B) Areia de fundição

A areia de fundição utilizada na pesquisa é proveniente da empresa FUNDIMISA

localizada no município de Santo Ângelo - RS. Um dos maiores problemas do setor de fundição

na empresa é justamente a geração destes resíduos sólidos, constituídos principalmente pelas

denominadas areias residuais ou areias descartadas de fundição.

Para está pesquisa, foram analisadas as areias geradas no processo de macharia e quebra

de canal (Figura 11 e 12).

Figura 11- Areia de Fundição no processo de macharia


48



Figura 12- Areia de fundição no processo de quebra de canal


Para obter a classificação química e a caracterização deste resíduo, foram enviadas

amostras desta areia de fundição para análise laboratorial realizando os ensaios de lixiviação e

solubilização de acordo com a NBR 10004 (2004), 10005 (2004) e 10006 (2004) conforme

consta o Anexo A. Segundo os diagnósticos realizados a areia de fundição se apresentou dentro

dos limites permitidos pela NBR 10004 (2004). No ensaio de lixiviação pela ABNT NBR

10.005:2004 os parâmetros satisfazem os limites permitidos, o resíduo apresentou-se como NÃO

TÓXICO, com esses resultados comprovou-se que esse resíduo pode ser reutilizado como

matéria prima, por ser uma areia de fundição de Classe II A – não inerte.

Foram realizados os ensaios de caracterização de cada areia de fundição (Macharia e

Quebra de Canal) no Laboratório de Engenharia Civil - UNIJUÍ, de acordo com os ensaios

abaixo e conforme as normas recomendadas. Os resultados estão apresentados na Tabela 7 e 8.

Composição Granulométrica – NBR 7217 (2009);

Massa específica do agregado miúdo – NBR 9776 (2003).

49


Fundição

Tabela 7- Características da areia de fundição (Macharia)






Tabela 8- Caracterização da areia de fundição (Quebra de Canal)






A Figura 13 apresenta-se a curva granulométrica dos agregados miúdos utilizados na

pesquisa, podendo assim, analisar um comparativo entre ambas as areias: natural e de fundição. A

areia, conforme sua distribuição granulométrica e seu módulo de finura (MF), de acordo com a

NBR 7211(1983), podem ser classificadas como:

- muito finas – 1,35 < MF < 2,25;

- finas – 1,71 < MF < 2,78;

- médias – 2,11 < MF < 3,28;

- grossas – 2,71 < MF < 4,02.

Observa-se, de acordo com esses dados, que o módulo de finura da areia natural e areia de

macharia se enquadram a classificação de areia fina, porém a curva granulométrica nos mostra

que as dimensões dos grãos nos proporcionam areia média. Já a areia quebra de canal é

classificada como areia fina.

50



Figura 13- Granulometria dos agregados miúdos


3.3.3 Agregado graúdo

A pedra brita consumida na pesquisa é Brita 1, de origem basáltica, proveniente da região

de Ijuí, RS. Os ensaios de caracterização do material foram feitos no Laboratório de Engenharia

Civil – UNIJUÍ, utilizando os ensaios abaixo relacionados, bem como preconiza a norma. Os

resultados estão apresentados na Tabela 9 e na Figura 14.

Composição Granulométrica – NBR NM 248 (2001)

Massa específica e absorção do agregado graúdo – NBR NM 53 (2002)

Massa unitária solta – NBR 7251 (1982).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Po

ncen

tag

em

Acu

mu

lad

a (

%)

Po

rcen

tag

em

Reti

da (

%)

Areia de Macharia

Areia Verde (Quebra de Canal)

Areia Natural

areia areia

Peneiras Número 200 100 60 10 4

argila silteareia fina média grossa pedregulho

3/8"30 16 10

51


Fundição

Tabela 9- Características do agregado graúdo



Massa Unitária Solta (kg/dm³) 1,647

Absorção (%) 1,195

Dmáx. Característico (mm) 19



Figura 14- Granulometria do agregado graúdo


3.3.4 Água

Para a produção dos traços foi utilizada água proveniente de poço artesiano que abastece

o Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% R

etid

a A

cum

ula

da

Brita 0

Brita 0

Brita 1

Brita 1

Brita 2

Brita 2

Brita 3

Brita 3

Brita 4

Brita 4

Material Ensaiado 1

6,3 12,54,82,4 9,5 19 25 32 38 50 64 76

52



3.4 Dosagem dos traços

O método de dosagem utilizado para realizar está pesquisa foi o da ABCP, este método é

recomendado para a dosagem de concretos com trabalhabilidade adequada para a moldagem in

loco, ou seja, a consistência deve ser de semi-plástica à fluída. Para a utilização deste método é

necessário que se tenha as informações: da massa específica granulométrica, dimensão máxima,

modulo de finura, etc. Os procedimentos destes ensaios já foram citados anteriormente.

O abatimento de tronco estabelecido para a pesquisa foi de 80 a 100 mm. A quantidade de

água para se obtiver um determinado abatimento depende: do tamanho máximo, da forma, da

textura e da granulométrica do agregado graúdo.

O cálculo da dosagem para os traços se encontram no ANEXO B, com os traços

calculados, foi estabelecido à quantidade de material necessário para a fabricação de 10 corpos-

de-prova utilizados para se obter as resistências de 3, 7, 14, 21 e 28 dias, sendo usado dois

corpos-de-prova para cada idade.

Os Quadro 4 e 5, apresentam a quantidade de material para cada traço, ou seja, o traço de

referência como também os traços com a substituição de areia natural por areia de fundição

(Macharia e Quebra de Canal).

Quadro 4- Consumo de materiais por traço para a substituição de areia natural por areia de fundição (Macharia)

TRAÇO

Consumo

Cimento

Consumo

Areia

Natural

Consumo Areia

de Fundição

(Resíduo)

Consumo

Brita

Consumo

Água

Fator

(a/c)

TR 10,98 Kg 17,82 Kg X 38,04 Kg 6,15 l 0,56

AM5 10,98 Kg 16,929 Kg 0,891Kg 38,04 Kg 6,15 l 0,56

AM 10 10,98 Kg 16,038 Kg 1,782Kg 38,04 Kg 6,15 l 0,56

AM 15 10,98 Kg 15,147 Kg 2,673Kg 38,04 Kg 6,15 l 0,56

AM 20 10,98 Kg 14,256 Kg 3,564Kg 38,04 Kg 6,15 l 0,56

AM 25 10,98 Kg 13,365 Kg 4,455Kg 38,04 Kg 6,15 l 0,56

AM 30 10,98 Kg 12,474 Kg 5,346Kg 38,04 Kg 6,15 l 0,56

AM 50 10,98 Kg 8,91 Kg 8,91Kg 38,04 Kg 6,15 l 0,56


53


Fundição

Quadro 5- Consumo de materiais por traço para a substituição de areia natural por areia de fundição

(Quebra de Canal)

TRAÇO

Consumo

Cimento

Consumo

Areia

Natural

Consumo Areia

de Fundição

(Resíduo)

Consumo

Brita

Consumo

Água

Fator

(a/c)

TR 10,98 Kg 17,82 Kg X 38,04 Kg 6,15 l 0,56

AQC 5 10,98 Kg 16,929 Kg 0,891Kg 38,04 Kg 6,15 l 0,56

AQC 10 10,98 Kg 16,038 Kg 1,782Kg 38,04 Kg 6,15 l 0,56

AQC 15 10,98 Kg 15,147 Kg 2,673Kg 38,04 Kg 6,15 l 0,56

AQC 20 10,98 Kg 14,256 Kg 3,564Kg 38,04 Kg 6,15 l 0,56

AQC 25 10,98 Kg 13,365 Kg 4,455Kg 38,04 Kg 6,15 l 0,56

AQC 30 10,98 Kg 12,474 Kg 5,346Kg 38,04 Kg 6,15 l 0,56

AQC 50 10,98 Kg 8,91 Kg 8,91Kg 38,04 Kg 6,15 l 0,56


Após estabelecer a quantidade de consumo de cada material utilizado para a moldagem

dos corpos-de-prova, partiu-se para a mistura dos traços em betoneira (Figura 15). Realizou-se a

determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone, também conhecido como Slump

Test, na qual se estabeleceu que o concreto apresentasse uma consistência plástica, sendo então

adotado o abatimento do tronco de cone de 90±10mm. Para realização do Slump Teste,

primeiramente umedeceu-se o molde e a placa de base. Durante o preenchimento do molde com o

concreto, foi posicionado os pés sobre suas aletas de forma a se manter estável. Encheu-se

rapidamente o molde com o concreto em três camadas, no qual cada uma das camadas sofreu a

compactação de 25 golpes da haste de cone, o ensaio realizado está de acordo com a NBR NM 67

(1996), e seus procedimentos estão ilustrados na Figura 16.

54



Figura 15- Materiais utilizados para moldagem


Figura 16- Slump Test


Os valores do abatimento de cone (Slump Test), fator corrigido de a/c e da massa

especifica do concreto estão no Quadro 6 e 7, a seguir.

55


Fundição

Quadro 6- Valores do abatimento do tronco de cone (Slump Test) e fator a/c final para a substituição de

areia natural por areia de fundição (Macharia) no concreto

TRAÇO

Abatimento

mm

Consumo

real de água

Fator a/c

corrigido

Peso Específico do

Concreto

TR 95,00 5,71 l 0,52 2295,0 kg/m³

AM 5 83,00 5,90 l 0,54 2256,0 kg/m³

AM 10 83,00 5,81 l 0,53 2274,0 kg/m³

AM 15 98,00 5,42 l 0,50 2215,0 kg/m³

AM 20 100,00 5,52 l 0,50 2287,0 kg/m³

AM 25 93,00 5,52 l 0,50 2270,0 kg/m³

AM 30 95,00 5,93 l 0,54 2254,0 kg/m³

AM 50 100,00 5,19 l 0,48 2203,0 kg/m³


Quadro 7- Valores do abatimento do tronco de cone (Slump Test) e fator a/c final para a substituição de areia natural

por areia de fundição (Quebra de Canal) no concreto

TRAÇO

Abatimento

mm

Consumo

real de água

Fator a/c

corrigido

Peso Específico do

Concreto

TR 95,00 5,71 l 0,52 2295,0 kg/m³

AQC 5 94,00 5,62 l 0,51 2253,0 kg/m³

AQC 10 95,00 5,39 l 0,50 2276,0 kg/m³

AQC 15 100,00 5,43 l 0,50 2300,0 kg/m³

AQC 20 96,00 5,62 l 0,51 2281,0 kg/m³

AQC 25 100,00 5,64 l 0,51 2258,0 kg/m³

AQC 30 95,00 5,54 l 0,50 2260,0 kg/m³

AQC 50 96,00 5,48 l 0,50 2275,0 kg/m³


Ao atingir-se a trabalhabilidade desejada para cada traço, moldaram-se corpos-de-prova

com dimensões de 10x20cm para ensaios do concreto endurecido. O ensaio consiste

primeiramente em revestir os corpos de prova com uma camada fina de óleo mineral, a partir

disso, foi colocado em duas camadas de 12 golpes o concreto dentro dos moldes. Estes

procedimentos estão conforme a com a NBR 5738 (2003) e ilustrados na Figura 17. Após a

moldagem, os corpos de prova ficaram expostos à temperatura ambiente nas primeiras 24 horas,

sendo posteriormente desmoldados e acondicionados em câmara úmida sob temperatura de 23 ±

2 ºC e umidade > 95%, onde permaneceram até as datas dos ensaios de 3, 7, 14, 21, e 28 dias.

56



Figura 17- Moldagem dos corpos de prova


3.4 Ensaio de resistência a compressão

A resistência à compressão axial dos concretos foi avaliada por meio de corpos-de-prova

cilíndricos com dimensões de 10 cm de diâmetro com 20 cm de altura. O ensaio para a

determinação da resistência foi feito no Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ, em prensa

normatizada para as idades de 3, 7, 14, 21 e 28 dias a partir da moldagem realizada, conforme a

NBR 5739 (2007). De acordo com a referida norma o corpo-de-prova cilíndrico deve ser

posicionado de modo que, quando estiver centrado, seu eixo coincida com o da maquina, fazendo

que a resultante das forças passe pelo centro (Figura 15). A resistência à compressão é calculada

pela equação (1) a seguir:

Equação (1)

Onde:

FC: é a resistência à compressão, em MPa;

F: é a força máxima alcançada, em Newtons;

π: Pi;

D: é o diâmetro do corpo-de-prova em mm.

57


Fundição

Figura 18- Ensaio de resistência à compressão axial


3.5 Ensaio de microscopia eletrônica de varredura (MEV)

Os ensaios de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) foram realizados no

Laboratório de Microscopia da UPF, localizada no município de Passo Fundo - RS. O

equipamento conta com o detector de energia dispersiva EDS (energy dispersive x-ray detector,

EDX ou EDS), com capacidade para ampliações até 400 mil vezes, e para análise

semiquantitativa da composição química elementar das amostras.

As amostras foram analisadas no MEV, com a finalidade de observar a microestrutura

para cada cubo de concreto com substituição de areia natural por 50% de areia de fundição

(Macharia e Quebra de Canal).

Após os corpos-de-prova serem submetidos ao ensaio de compressão axial, os cubos para

a realização do ensaio de MEV, foram retirados com o auxílio de talhadeira e posteriormente os

mesmos, foram imersos em álcool isopropílico, com o intuito de paralisar as reações de

58



hidratação da pasta e em seguida secos em estufa a temperatura de 60ºC por 24h, podendo assim,

serem armazenados em embalagens fechadas.

O ensaio de MEV está ilustrado na Figura 16, onde as amostras primeiramente foram

colocadas em um recipiente a vácuo para ser revestidas sendo pulverizadas com uma fina camada

de ouro (1 e 2), a fim de proporcionar as interações eletrônicas necessárias. Logo após este

procedimento, as amostras puderam ser analisadas pelo microscópio (3), tendo assim, como

resultados a microscopia e a composição química do elemento estudado (4).

Figura 19- Ensaio de microscopia eletrônica de varredura (MEV)


3.6 Ensaio de lixiviação

A classificação dos resíduos é baseada normalmente na avaliação do comportamento

deste em contato com um solvente. Assim, a lixiviação é o procedimento mais utilizado para

analisar a potencialidade de transferência de matéria para o meio natural.

59


Fundição

Os ensaios de lixiviação são utilizados para determinar ou avaliar a estabilidade química

dos resíduos, quando em contato com soluções aquosas, permitindo assim verificar o grau de

imobilização de contaminantes (ROCCA, 1993).

Os ensaios de lixiviação são utilizados tanto para fins científicos, quando se pretende

determinar o comportamento de uma substância face a fenômenos físico-químicos que ocorrem

durante uma percolação, como para caracterizar a periculosidade de um resíduo, visando o

controle de resíduos sólidos perigosos.

Assim, este ensaio procura reproduzir em laboratório os fenômenos de arraste, diluição e

de dessorsão que ocorrem pela passagem de água através de um resíduo, quando disposto no

meio ambiente. Tal ensaio pode representar vários anos do fenômeno natural de lixiviação. O

teste de lixiviação é empregado na classificação de resíduos sólidos desde que os mesmos não

estejam perfeitamente caracterizados como resíduos perigosos, segundo as normas adotadas

(ARROIO, 1984).

O ensaio de lixiviação foi realizado no Laboratório de Materiais Cerâmicos - UFRGS,

localizada em Porto Alegre-RS. Após o ensaio de resistência à compressão, foram retirados cerca

de 200 g de cubos de concreto com a substituição de areia natural sob teor de 50% de areia de

fundição (Macharia e Quebra de Canal), para serem analisadas pelo de lixiviação.

60



4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 Resistência à compressão - concreto com substituição de areia natural por areia de

fundição (macharia)

Os valores obtidos para a idade de 3 dias são ilustrados na Figura 20, conforme as

relações dos traços analisados no gráfico, pode-se observar que o único traço que apresentou

valor inferior de resistência ao traço de referência (TR) foi a substituição com 30% de areia

natural por areia de macharia (AM 30). Os demais traços apresentaram um aumento considerável

de resistência, quando comparado ao traço de referência (TR) que tem como resultado 11,79

MPa. O traço que apresentou uma maior resistência dentre todos os traços, foi AM15, chegando a

17,21 MPa.

Figura 20- Resistência à compressão aos 3 dias - Areia de Macharia


Ao analisar a resistência à compressão aos 7 dias, observa-se na Figura 21, que os traços

AM5, AM15, AM25 e AM30 apresentaram uma resistência menor que o traço de referência

(TR). Porém o traço com 50% de substituição de areia natural por areia de macharia (AM50)

obteve uma resistência de 23,13 MPa, um aumento de 4,2 MPa quando comparado ao traço com

apenas areia natural (TR).

0

5

10

15

20

TR AM5 AM10 AM15 AM20 AM25 AM30 AM50

11,79

14,49 16,1017,21

14,63 14,33

9,62

16,9

Res

istê

nci

a à

co

mp

ress

ão

(MP

a)

% de substituição

61


Fundição



A Figura 22 mostra os resultados obtidos para a resistência à compressão aos 14 dias, os

traços AM15 e AM30 permaneceram com uma resistência menor que o traço de referência (TR).

Os demais traços possuem uma resistência superior ao concreto com apenas areia natural (TR). A

substituição com 25% de areia natural por areia de macharia (AM25), apresentou uma resistência

de 26,67 MPa, esta, superior quando comparada com os demais traços.



0

5

10

15

20

25


18,94 18,36 19,5517,06

19,5218,64

16,80

23,13R

esis

tên

cia

à c

om

pre

ssã

o

(MP

a)

% de substituição

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0


21,6023,25 23,00 21,00

22,8926,67

21,39

25,92

Res

istê

nci

a à

co

mp

ress

ão

(MP

a)

% de substituição

62



Aos 21 dias os traços AM15 e AM30 continuam com uma resistência menor que os

demais traços. O traço AM25 teve uma resistência de 30,03 MPa, ou seja, superior ao ser

comparado com os demais traços (Figura 23).



Aos 28 dias de idade, com um tempo de cura maior, destacou-se o avanço da resistência

dos traços. O traço de referência (TR), como previsto para a referida pesquisa obteve uma

resistência de 28,89 MPa. Os traços AM15 e AM30 ficaram com uma resistência inferior aos

demais traços. A maior resistência alcançada foi com a substituição de 25% de areia natural por

areia de macharia (AM25), onde apresentou uma resistência de 33,33 MPa, a diferença deste

traço, quando comparado com a substituição de 50% de areia natural por areia de macharia, acaba

se tornando pequena pois a mistura AM50 obteve um resultado de resistência à compressão de

32,93MPa.

Analisando-se o gráfico da Figura 24 percebe-se que os traços em diferentes teores de

substituição de areia natural por areia de fundição apresentaram uma linearidade e regularidade

no crescimento de resistência à compreensão do concreto, acredita-se que este aumento de

resistência é significativo quando comparado ao traço de referência (TR). Este aumento de

resistência que a areia de macharia trouxe ao concreto, pode ser explicado, por este tipo de areia

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0


25,82 26,60 27,34 24,6328,07 30,03

23,5128,62

Res

istê

nci

a à

co

mp

ress

ão

(MP

a)

% de substituição

63


Fundição

possuir grãos mais finos que a areia natural, podendo assim, preencher melhor os vazios dentro

do concreto, bem como ajudar na melhor hidratação.



4.1.1 Evolução das resistências

Na Tabela 10 estão expostos os valores da resistência a compressão para as idades de 7 e

28 dias e o aumento de resistência adquirido neste período para cada traço de concreto.

Tabela 10- Resultados da resistência à compressão

Traço Resistência à compressão (MPa) Aumento de

Resistência (%) 7 dias 28 dias

TR 18,94 28,89 53

AM5 18,36 29,11 59

AM10 19,55 30,27 55

AM15 17,06 27,36 60

AM20 19,52 31,10 59

AM25 18,64 33,33 79

AM30 16,80 25,11 50

AM50 23,13 32,93 43


0,0

10,0

20,0

30,0

40,0


28,89 29,11 30,27 27,3631,10 33,33

25,11

32,93

Res

istê

nci

a à

co

mp

ress

ão

(MP

a)

% de substituição

64



A partir da análise desta tabela, pode-se concluir que os traços com substituição parcial de

areia natural por areia de macharia apresentaram aumento de resistência superior ao traço

moldado somente com areia natural, e que quanto maior o teor de substituição maior foi o ganho

de resistência, exceto a mistura AM30 e AM50 que apresentou respectivamente 50% e 43% de

evolução de resistência.

O traço contendo somente areia natural (TR) apresentou uma evolução de resistência de

53%. Já a mistura AM25 para relação entre os 7 e 28 dias, obteve maior ganho de resistência

chegando a 79% de evolução. Os traços AM20 e AM15 apresentaram uma evolução de 60%.

Esses resultados expressivos do aumento de evolução que a areia de macharia está dando ao

concreto podem ser explicados, pois a areia de macharia possui alguns componentes químicos

que reagindo com o cimento promovem melhor hidratação do concreto incrementando a

resistência do mesmo. Após a idade dos 28 dias os compostos continuam em processo de

hidratação, porém a evolução da resistência é em menor intensidade.

4.2 Resistência à compressão - concreto com substituição de areia natural por areia de

fundição (quebra de canal)

Na Figura 25 estão ilustrados os valores obtidos para a idade de 3 dias, conforme as

relações dos traços analisados no gráfico, pode-se observar que todos as misturas com

substituição de areia natural por areia de fundição apresentaram bons resultados nas propriedades

mecânicas do concreto. O traço que apresentou uma maior resistência foi AQC15, chegando a

17,24 MPa. Esses resultados mostram que os corpos de prova em seus primeiros dias com a areia

de fundição gerado no processo de quebra de canal possui uma diferença expressiva apresentando

um aumento considerável de resistência, quando comparado ao traço de referência (TR) que tem

como resultado 11,79 MPa.

65


Fundição

Figura 25- Resistência à compressão aos 3 dias - Areia Quebra de Canal


Ao analisar a resistência à compressão aos 7 dias, observa-se na Figura 26, que o traço

com 5% de substituição de areia natural por areia quebra de canal (AQC5) obteve uma resistência

de 26,10 MPa, um aumento de 8,5 MPa quando comparado a mistura natural (TR). A mistura

AQC50 com 50% de substituição de resíduo mesmo tendo uma baixa resistência ao ser analisas

com os demais traços de substituição, apresentam resultados significativos e maiores que o traço

de referência (TR).



0

5

10

15

20

TR AQC5 AQC10 AQC15 AQC20 AQC25 AQC30 AQC50

11,79

16,2215,16

17,04 16,74 15,66 15,45 15,33

Res

istê

nci

a à

co

mp

ress

ão

(MP

a)

% de substituição

0

5

10

15

20

25

30


18,94

26,1024,18

21,9122,86

21,44 21,21 21,14

Res

istê

nci

a à

co

mp

ress

ão

(MP

a)

% de substituição

66



A Figura 27 mostra os resultados obtidos para a resistência à compressão aos 14 dias,

analisando os gráficos todos os traços com a substituição de resíduo permaneceram com uma

resistência maior que o traço de referência (TR). A substituição com 5% de areia natural por areia

quebra de canal (AQC5), apresentou uma resistência de 29,33 MPa, esta, superior quando

comparada com os demais traços.



Aos 21 dias as misturas com substituição de areia natural por areia de quebra de canal

continuam apresentando uma resistência maior que o traço de referência (TR), exceto o traço

AQC50 que teve como resultado 24,92 MPa. O traço AQC10 teve uma resistência de 35,03 MPa,

ou seja, superior ao ser comparado com os demais traços (Figura 28).

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0


21,60

29,3328,12 27,61 25,43

24,47 23,51 23,63

Res

istê

nci

a à

co

mp

ress

ão

(MP

a)

% de substituição

67


Fundição



Com um tempo de cura maior, aos 28 dias de idade destacou-se o avanço da resistência

dos traços. O traço de referência (TR), como previsto para a referida pesquisa obteve uma

resistência de 28,89 MPa. A maior resistência alcançada foi com a substituição de 5% de areia

natural por areia quebra de canal (AQC5), onde apresentou uma resistência de 37,06 MPa. A

mistura AQC 50 com substituição de 50% de areia natural por areia quebra de canal teve como

resultado 32,47, um aumento de 4 MPa quando comparado com o traço de referência (TR).

Analisando o gráfico da Figura 24 os traços em diferentes teores de substituição de areia

natural por areia de fundição apresentaram uma linearidade e regularidade constante no

crescimento de resistência à compreensão do concreto, acredita-se que este aumento de

resistência é bastante significativo quando comparado ao traço de referência (TR).

A areia quebra de canal possuiu grãos mais finos, com menos variações de tamanho, ou

seja, os grãos são mais uniformes que a areia natural, podendo assim, preencher melhor os vazios

dentro do concreto, bem como ajudar na melhor hidratação e aumentar a resistência do mesmo.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0


25,82

33,64 35,03

28,3629,74

28,67 29,8124,92

Res

istê

nci

a à

co

mp

ress

ão

(MP

a)

% de substituição

68





4.2.1 Evolução das resistências

A Tabela 10 apresenta os valores da resistência a compressão para as idades de 7 e 28 dias

e o aumento de resistência adquirido neste período para cada traço de concreto.

Tabela 11- Resultados da resistência à compressão

Traço Resistência à compressão (MPa) Aumento de

Resistência (%) 7 dias 28 dias

TR 18,94 28,89 53

AQC5 26,10 37,06 42

AQC10 24,18 34,14 41

AQC15 21,91 34,73 59

AQC20 22,86 36,31 59

AQC25 21,44 32,20 53

AQC30 21,21 32,81 55

AQC50 21,14 32,47 54


0,0

10,0

20,0

30,0

40,0


28,89

37,0634,14 34,73 36,31

32,20 32,81 32,47

Res

istê

nci

a à

co

mp

ress

ão

(MP

a)

% de substituição

69


Fundição

De acordo com a análise realizada a partir da tabela a cima, pode-se concluir que os traços

com substituição parcial de areia natural por areia quebra de canal apresentaram um aumento de

resistência superior ao traço moldado somente com areia natural, e que quanto maior o teor de

substituição maior foi o ganho de resistência, exceto para as misturas AQC5 e AQC10 que

obtiveram uma evolução respectivamente de 42% e 41% de resistência.

O traço contendo somente areia natural (TR) apresentou uma evolução de resistência de

53%. A mistura AQC15 e AQC20 para relação entre os 7 e 28 dias, obtiveram maior ganho de

resistência chegando a 59% de evolução. Os traços AQC30 e AQC50 apresentaram uma

evolução de 55% e 54%. Esses dados obtidos do aumento de evolução de resistência, que a areia

quebra de canal causou ao concreto podem ser explicados, pois a areia quebra de canal possui

alguns componentes químicos que reagindo com o cimento, podem vir a promoverem uma

avanço de hidratação do concreto, afetando na resistência do mesmo.

4.2 Lixiviação

Para o ensaio de lixiviação, foi escolhida a mistura com 50% de substituição de areia

natural por areia de fundição (macharia e quebra de canal). Essa opção foi realizada devido aos

bons resultados encontrados no ensaio de resistência à compressão aos 28 dias. Vale resaltar que

ambos os traços (AM50 e AQC50) obtiveram um ganho de resistência, quando comparado com o

traço de referência (TR).

A Figura 28 apresenta os resultados obtidos do ensaio de lixiviação para a mistura de 50%

de substituição de areia natural por areia de macharia. Ao analisar os dados obtidos o elemento

químico que mais se sobressaiu foi o Bário (Br) com 0,51 mg/L, logo após vêm o Cromo (Cr)

com 0,06 mg/L. É importante ressaltar que nenhum elemento químico ultrapassou os valores

permitidos pela NBR 10004 (1987), Classifica-se desta forma como Resíduo Não Perigoso

Classe II.

70



Figura 30- Ensaio lixiviação para o traço AM50


Na Figura 29 estão apresentados os resultados obtidos do ensaio de lixiviação para a

mistura de 50% de substituição de areia natural por areia quebra de canal. Através dos dados

obtidos o elemento químico que mais se sobressaiu no ensaio foi o Bário (Br) com 0,44 mg/L,

logo após vêm o Cromo (Cr) com 0,05 mg/L, o Mercúrio (Hg) não apareceu na mistura analisada.

O traço AQC50 classifica-se desta forma como Resíduo Não Perigoso Classe II, pois nenhum

elemento químico ultrapassou os valores permitidos pela NBR 10004 (1987),

Figura 31- Ensaio lixiviação para o traço AQC50


0,0020,06 0,01 0,02 0,04 0,02

0,51

0,000489

0,5

5

1 1 1

5

70

0,1

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

6,5

7

7,5

Cd Cr total Pb As Se Ag Ba Hg

Va

lore

s m

edid

os

-E

nsa

io L

ixiv

iaçã

o (

mg

/L)

Valores obtidos

Limites de Norma

0,0020,05 0,01 0,02 0,04 0,02

0,44

0

0,5

5

1 1 1

5

70

0,1

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

6,5

7

7,5

Cd Cr total Pb As Se Ag Ba Hg

Va

lore

s m

edid

os

-E

nsa

io L

ixiv

iaçã

o (

mg

/L)

Valores obtidos

Limites de Norma

71


Fundição

O Anexo C apresenta o laudo da classificação destas misturas, realizadas no laboratório

de materiais cerâmicos da UFRGS.

4.3 Discussão do ensaio da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

A microscopia eletrônica de varredura é um ensaio de extrema importância para a analisar a

microestrutura do concreto, pois assim pode-se verificar as fases que se formam após a hidratação dos

compostos cimentícios e os compostos formados. A Figura 32 apresenta a microscopia com do

concreto com os compostos formados.

Figura 32- Microscopia do concreto

Fonte: Mehta e Monteiro (1984)

Dentre os principais compostos formados estão o Hidróxido de Cálcio (C-H) , são cristais de

grande tamanho, com formas hexagonais, que ocupam 20 a 25% do volume de sólidos. Estes cristais

são geralmente em formato de placas hexagonais e são os responsáveis pelo pH elevado da pasta (pH

≅ 13). É quimicamente muito reativo, são porosos com baixa resistência mecânica.

A etringita são cristais em formato de agulhas e formam-se nas primeiras horas de hidratação,

sendo que as agulhas se intertravam e prendem muita água. Prejudicam a trabalhabilidade e causam

um falso pega. As figuras 33 apresentam a etringita.

72



Figura 33- Etringita no concreto

Fonte: Mehta e Monteiro (1984)

A etringita secundária forma-se na presença de umidade no concreto já endurecido, pois a

etringita recristaliza em cristais maiores dentro dos vazios. A figura 34 apresenta a etringita

secundária.

Figura 34- Etringida secundária

Fonte: Heumann e Moraes (2005)

73


Fundição

A etringita é instável e se transforma em cristais de monossulfato, conforme a figura 35.

Figura 35- Microscopia do concreto - monossulfato

Fonte: Griesser (2002)

Os silicatos de cálcio hidratado (C-S-H) são estruturas unidas através de ligações de van der

Waals, possuem excelente resistência mecânica e química e ocupam 50 % a 60% do volume da pasta

(Figura 35).

Figura 36- Microscopia do concreto – C-S-H

Fonte: Moranville (1992)

74



4.3.1 Resultados das análises da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

Para o ensaio de microscopia, foi escolhida a mistura com 50% de substituição de areia

natural por areia de fundição (macharia e quebra de canal) e o traço de referência (TR). Essa

opção foi realizada devido aos bons resultados encontrados no ensaio de resistência à compressão

aos 28 dias. Vale resaltar que ambos os traços (AM50 e AQC50) obtiveram um ganho de

resistência, quando comparado com o traço de referência (TR).

Foram adotados os seguintes traços para a análise:

TR → Concreto Natural Referência (100% de areia natural);

AM50 → 50% de areia de fundição sem beneficiamento (Macharia);

AQC → 50% de areia de fundição com beneficiamento (Quebra de Canal);

Os principais compostos do cimento são o C3S, C2S, C3A e C4AF. No momento que

adiciona-se água ao cimento, o primeiro composto a reagir é o C3A, que age como fundente na

mistura. O C3A, que é o responsável pela resistência em idades iniciais, irá reagir de maneira

predominante até os 7 dias, sendo que devem-se tomar precauções em cimentos com elevados

teores de C3S, visto que o calor de hidratação é muito elevado e pode gerar fissuras. Após os 28

dias a reação química predominate é a do C2S, responsável pelas resistências em idades mais

elevadas. O C4AF atua na fase intersticial do clínquer. O gesso, que é um quinto elemento no

cimento, atua como regulador do pega.

A Figura 37 apresenta a microscopia na ampliação 50 μm do TR aos 28 dias.

75


Fundição

Figura 37- Microscopia do concreto – TR, 50 μm aos 28 dias


Através da Figura 37 observa-se, em função da escala de ampliação, os cristais (agulhas)

de etringita, os grumos de C-S-H, e o e os cristais (em formato de placas) do CH. Como os

ensaios ocorreram aos 28 dias, não houve a de maneira significativa a parcela de contribuição do

C2S na formação do C-S-H. Em função do grau de ampliação utilizado, não se pode verificar

detalhadamente os cristais individuais, apenas os grupos apresentados na Figura 36.

A Figura 38 apresenta a microscopia na ampliação 50 μm do AM50, ou seja, com 50% de

macharia. Observa-se que em relação a figura 37, houve um refinamento da pasta, com formação

de uma número mais elevados de cristais, principalmente grumos de C-S-H. Esse aumento dos

cristais elevou os níveis de resistência a compressão pois houve reação entre a areia de fundição

(macharia) e o CH, promovendo a criação de C-S-H secundários.

76



Figura 38- Microscopia do concreto – AM50, 50 μm


Na Figura 39 apresenta a microscopia na ampliação 50 μm do AQC50, ou seja, com 50%

de Quebra de Canal. Observa-se que em relação ao traço de referência (TR) e a mistura AM50,

houve um refinamento da pasta, com formação de uma número mais elevados de cristais,

principalmente grumos de C-S-H. Esse aumento dos cristais elevou os níveis de resistência a

compressão pois houve reação entre a areia de fundição beneficiada e o CH, promovendo a

criação de C-S-H secundários. Outro ponto relevante são o número elevado de etringita, que

transformam-se em monosulfatos. O traço AQC50 apresentou o maior nível de resistência entre

todos os testados.

77


Fundição

Figura 39- Microscopia do concreto – AQC50, 50 μm aos 28 dias


A Figura 40 apresenta o Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) para a mistura TR aos 28

dias.

Figura 40- EDS traço de referência (TR)


78



De acordo com a Figura 40 observa-se que os picos máximos foram de Sílicio e Cálcio,

respectivamente. Como os picos são estreitos e longos, trata-se de uma microsestrutura. Caso os

picos fossem largos e estreitos, seria uma macroestrutura.

A Figura 41e 42 apresenta o EDS, para a mistura AM50 e AQC50 aos 28 dias de idade.

Figura 41- EDS para a mistura AM50


Figura 42- EDS para a mistura AQC50


79


Fundição

Analisando-se as Figuras 40, 41 e 42, observa-se que a presença de sílicio aumentou

significativamente da mistura TR para a mistura AM50. Como as reações de hidratação foram

mais intensas para a mistura AM50, que apresentou as maiores resistências, os picos de silício

foram maiores, pois estes representam o C-S-H. Comparando-se as misturas TR e AQC50,

observa-se que os picos de silício aumentaram e os picos de cálcio diminuíram, pois a reação

química da areia de fundição beneficiada consome o CH, formando C-S-H menores, aumentando

os níveis de resistência.

80



5 CONCLUSÃO

O presente trabalho buscou avaliar a substituição de areia natural por areia de fundição

(macharia e quebra de canal) em teores de 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% e 50% no concreto,

analisando suas propriedades mecânicas, a microestrutura e lixiviação em comparação ao

concreto de referência moldado somente com areia natural.

Partindo do questionamento proposto para a realização desta pesquisa, pode-se concluir

através dos resultados obtidos, que a influência da substituição do areia natural por areia de

fundição (macharia e quebra de canal) se dá através dos seguintes tópicos:

5.1 Quanto à resistência à compressão

Constatou-se que todos os traços com a areia de fundição (macharia e quebra de canal),

desde as primeiras idades do concreto, apresentaram valores maiores de resistência à compressão

axial em comparação ao traço de referência, ou seja, moldado somente com areia natural.

Observou-se também, que mesmo substituindo teores maiores de areia natural pela areia

de fundição, os valores de resistência à compressão para os concretos mantiveram regularidade.

Este dado é importante, pois a preocupação no inicio da pesquisa era que a substituição deste

resíduo por areia natural pudesse causar grandes variações de resistência, dificultando o

entendimento dos resultados.

Com um tempo de cura maior, aos 28 dias de idade, todas as substituições realizadas de

areia natural por areia de macharia e areia quebra de canal, obtiveram resultados significativos de

resistência, superior ao traço de referência.

Acredita-se que o teor máximo de substituição seja 50% de areia de fundição, a partir

disso, dificultaria a trabalhabilidade do concreto, podendo diminuir as propriedades mecânicas do

mesmo.

5.2 Quanto à aparência dos corpos-de-prova e lixiviação das mistura AM50 e AQC50

81


Fundição

Quanto à aparência superficial dos corpos de prova de concreto, não ficou comprometida

em função da substituição da área natural pela areia de fundição, não havendo nenhuma mudança

de coloração e manchas nas superfícies dos mesmos, mantendo assim, uma excelente aparência.

A classificação e caracterização das misturas AM50 e AQC, se apresentou dentro dos

limites permitidos pela ABNT NBR 1004(2004). No ensaio de lixiviação os parâmetros

satisfazem os limites permitidos, e a amostra apresentou-se como NÃO TÓXICO, ao meio

ambiente.

5.3 Quanto à microscopia eletrônica de varredura (MEV)

Os ensaios de MEV se mostraram como uma ferramenta de significativa utilidade para a

avaliação dos resultados obtidos no ensaio de resistência a compressão, permitindo através de sua

análise, a confirmação visual daquilo que tinha sido constatado. Os resultados obtidos

confirmam que a utilização da areia de fundição tanto da areia de macharia como na de quebra de

canal no concreto provoca mudanças microestruturais

Observou-se que na mistura AM50, a areia de macharia reagindo com os componentes do

concreto causou o refinamento da pasta, formando um número mais elevados de cristais, esses

cristais promoveram um aumento de resistência aos 28 dias de idade.

Para a mistura AQC50, houve um aumento mais elevado de cristais, quando comparado

ao traço de referência (TR) e a o própria mistura AM50, pois houve reação entre a areia de

fundição beneficiada e o CH, promovendo a criação de C-S-H secundários, aumentando

consideravelmente aos 28 dias a resistência do concreto.

Com todos os resultados obtidos e analisados, conclui-se que é extremamente viável a

utilização deste resíduo industrial em concretos, ainda leva-se em consideração que o

reaproveitamento além de ser uma ótima alternativa para a diminuição do impacto ambiental, é

uma solução economicamente vantajosa para a indústria de fundição, já que as empresas são

responsáveis por descartar esses resíduos e pagam um preço alto para a manutenção dos aterros

industriais. Já para a indústria da construção civil a produção do concreto com a substituição da

areia natural por areia de fundição, também tendem a ter um custo menor, uma vez que o

82



fabricante deve pagar menos pela matéria-prima, sendo este, um valor simbólico, ou até mesmo

sem nenhum custo, já que a indústria de fundição gera uma grande quantidade desse resíduo.

5.4 Sugestões para trabalhos futuros

- Analisar a viabilidade econômica em produção em grande escala;

- Analisar o uso de areia de fundição em concreto armado.

83


Fundição

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ANEXO A

89


Fundição

ANEXO B

90



ANEXO C

universidade regional do noroeste do estado do … · de plotagem de projetos e por esses 5 anos de...

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